Brevet FR2598257A1 — publié le 19871106

La présente invention concerne, dans ses grandes lignes, un procédé pour la passivation des régions de canal inverse dans des transistors A effet de champ en silicium amorphe (TEC), en particulier dans les transistors utilisés 5 dans des dispositifs de visualisation aà cristaux liquides adressés par matrice. Plus particulièrement, la présente invention est relative a un procédé de traitement pour un dispositif TEC en silicium amorphe qui se traduit par des valeurs sensiblement réduites du courant "à l'état non-pas10 sant" du transistor. Dans les dispositifs de visualisation à cristaux liquides adressés par matrice, on sait utiliser des dispositifs à transistor à effet de champ à chaque élément d'image. Dans le cas des dispositifs de visualisation, chaque élément 15 d'image a environ 100 micromètres de côté. Dans les dispositifs de visualisation à cristaux liquides adressés par matrice, chaque élément d'image est rendu conducteur et non-conducteur par le fonctionnement d'un transistor aà effet de champ. En outre, Il est souhaitable de procéder à un 20 traitement à basse température, ce qui favorise l'utilisation de dispositifs TEC comprenant du silicium amorphe dopé et non-dopé. Pendant le fonctionnement, un certain transistor à effet de champ ou un jeu de transistors à effet de champ est rendu conducteur et la charge peut s'accumuler sur 25 une électrode contiguë d'un élément d'image, qui en nême temps qu'une électrode plane mise a la masse, agit doune façon très semblable a un dispositif capacitif de stockage. Le champ électrique entre l'électrode de l'élément d'image et une électrode plate transparente de mise a la masse affecte de préférence le matériau en cristaux liquides disposé entre les électrodes d'une manière telle qu'il y a variation de leurs propriétés optiques, d'o la fonction d'affichage. Afin d'obtenir la stabilité de l'affichage de l'image, il est souhaitable que tout courant circulant a l'état 'non-passant" du transistor à effet de champ soit:: minimal. Plus precisement, le courant A l'état non-passant doit être inférieur à 50 picoampères. Des courants de faible intensité à l'état passant assurent que la charge a laquelle les électrodes des éléments d'image sont soumises se maintient pendant une longue durée sans qu'il soit nécessaire de procéder a une régénération immédiate. Pendant cette période, d'autres éléments d'image du dispositif de visualisation peuvent être adressés. Les transistors a effet de champ en silicium amorphe utilisés dans les dispositifs de visualisation a cristaux liquides adressés par matrice font généralement appel à une structure dans laquelle une partie du silicium amorphe est exposée par l'intermédiaire d'une couche métal25 lique de contact. La couche de silicium amorphe comporte également une couche supérieure de silicium amorphe dopé, cette dernière couche étant exposée par l'intermédiaire d'ouvertures ménagées dans une couche métallique de contactLa région située au fond de cet intervalle métallique de contact forme la région du canal du dispositif. On sait éliminer la couche de silicium amorphe dopé entre les contacts métalliques en employant des procédés de gravure. Typiquement, on élimine une couche N+ de silicium amorphe par gravure dans un dispositif de gravure A plasma en cylin35 dre utilisant comme masque des motifs pour le métal de 2J98257 - 3 contact de la source et du drain en molybdène.Après gravure, il est nécessaire de protéger la surface exposée du silicium contre la contamination par l'environnement. La présente invention a pour objet un procédé fournissant le degré 5 désiré de protection. Si cette protection n'est pas assurée, un état de charge positive nette a tendance a se produire sur la surface exposée du silicium. Cela a pour effet de provoquer un canal électronique dans la zone proche de la surface. Ces électrons sont mobiles et provoquent la conduc10 tion entre la source et le drain, ce qui se traduit par ce qu'on appelle une fuite par canal inverse. Cette fuite augmente la valeur du courant a l'état non-passant. Comme il faut de faibles courants a l'état non-passant pour les opérations d'affichage et d'imagerie, cela constitue un 15 problème important dans les dispositifs de ce type. Alors qu'on emploie souvent des chapeaux de protection en nitrure de silicium comme matériau de passivation, a la suite d'une attaque de canal inverse, on a constaté que les seuls moyens de passivation de ce type sont beaucoup plus à même de 20 produire des fuites par canal inverse que le traitement de la présente invention. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, un procédé de passivation de la région du canal inverse de transitors a effet de champ en silicium 25 amorphe comprend une suite d'étapes de traitement qui commencent avec la gravure d'une couche de matériau en silicium amorphe dopé au fond d'un interstice ménagé dans une couche métallique de recouvrement. Cette première gravure est effectuée dans le but d'éliminer environ 10 nanomètres du 30 matériau dont on pense qu'il est constitué d'une couche de SiO2 ou MosIx de composition inconnue, laquelle a tendance a se former pendant le dépôt par crépitement du molybdène de la source et du drain, ainsi que pendant les étapes ultérieures du traitement. Ensuite, on attaque le silicium 35 amorphe dopé en même temps qu'une partie du silicium amorphe - 4 sous-jacent. Dans la présente invention, il est extrêmement important que la région du canal inverse ainsi formée soit exposée a une base organique avant la formation d'un chapeau de passivation, par exemple en nitrure de silicium. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la base organique comprend une solution de monoéthanolamine. De plus, la présente invention comprend de préférence le rinçage du transistor à effet de champ dans l'eau distillée et le chauffage dans l'air aussitôt après l'exposition à la base organique. On a ainsi constaté que les courants de fuite du canal inverse ont été réduits d'environ 50 picoampères a des valeurs d'intensité qui sont typiquement inférieures à 1 picoampere. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir une passivation pour la région du canal inverse de transistors à effet de champ en silicium amorphe. La présente invention a également pour objet de produire des transistors à effet de champ dont le courant de fuite du canal inverse est faible. La présente invention a encore pour objet des dispositifs à effet de champ qui soient utiles dans la fabrication de dispositifs de visualisation a cristaux liquides adressés par matrice. Enfin, mais sans que cela soit limitatif, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication de dispositifs à transistor à effet de champ qui soit économique tout en gardant les procédés classiques de fabrication des transistors à effet de champ. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement figure 1, une vue en élévation de côté, en coupe, d'un stade de traitement d'un transistor à effet de champ qui précède la gravure en retrait du silicium amorphe dans la région du canal; figure 2, une vue similaire à la figure 1, illus%1 - 5 trant l'effet de la gravure du canal inverse; figure 3, une vue similaire à la figure 2, illustrant plus particulièrement la formation d'une couche finale de passivation. La figure 1 illustre, dans une vue en coupe, un transistor typique a effet de champ en silicium amorphe, tel qu'il est employé dans un dispositif de visualisation à cristaux liquides adressé par matrice. Plus particulièrement, une couche isolante d'oxyde de silicium 12 est déposée 10 sur un substrat en verre 10. Une partie de l'électrode 14 de l'élément d'image est également visible. Cette électrode est typiquement constituéed'un matériau conducteur transparent, par exemple de l'oxyde d'indium et d'étain. Sur la couche isolante 12, un métal conducteur de grille 16 est déposé, 15 métal constitué typiquement d'un matériau tel que le titane. Une couche isolante 18 est placée entre le matériau 16 de la grille et le silicium amorphe 20. La couche isolante 18 est typiquement constituée de nitrure de silicium. La figure 1 illustre également le fait que le silicium amorphe 20 com20 porte également une couche supérieure 22 de silicium dopé. Typiquement, on emploie un dopant N+, tel que le phosphore. Des motifs 24 et 26 de métallisation de la source et du drain recouvrent cette structure. En particulier, le contact 26 agit également pour relier le transistor à effet 25 de champ à l'électrode 14 de l'élément d'image. Comme l'électrode plane de masse et le cristal liquide lui-même ne sont pas nécessaires à la compréhension de la présente invention et étant donné qu'ils constituent des caractéristiques classiques bien connues, on ne les a pas illustrés. Pour que le transistor à effet de champ fonctionne correctement, il est nécessaire d'enlever la couche 22 de silicium amorphe dopé au fond de l'interstice 25. Cependant, avant de procéder a l'attaque au plasma de la couche 22 et d'une partie de la couche 20 dans un dispositif de gravure 35 au plasma en cylindre, pour enlever le matériau N+ du -6 canal inverse, on a également constaté qu'il est souhaitable d'attaquer par crépitement les tranches sous atmosphère d'argon dans le but d'éliminer environ 10 nanomètres de matière (non représentés à cause de l'échelle). On pense que S ce matériau est une couche de SiO2 ou MoSi de composix tion inconnue, qui a tendance a se former pendant le dépôt par crépitement de la source de molybdène et du matériau du drain. Cette couche en surface se grave très lentement dans des dispositifs de gravure a cylindre et aura par conséquent 10 tendance à provoquer une élimination non-uniforme de la couche N si elle n'est pas enlevée par attaque par crépitement. Cette étape d'attaque par crépitement est hautement souhaitable afin d'obtenir une bonne maîtrise de la gravure ulterieure en cylindre. Alors qu'on préfère ce type de 15 gravure, on peut souhaiter employer un dispositif de gravure plan dans le cas o6u il est important d'obtenir l'uniformité des tranches en matière d'échelle. A la suite de la gravure par crépitement, on execute une gravure au plasma de la couche 22 et d'une 20 partie de la couche 20, comme cela est illustré en figure 2. :A la suite de cette gravure au plasma, laquelle est de preference effectuée dans un dispositif de gravure à cylindre, les courants a l'état non-passant des dispositifs sont très faibles indiquant l'absence d'une couche d'accumulation d'électrons dans la région 30 du canal inverse. Cependant, si de tels dispositifs sont coiffés en utilisant du nitrure de silicium amorphe dépose au plasma, les courants a l'état non-passant augmentent dramatiquement. Cependant, et cela est extr mement important pour 30 la présente invention, si la surface est exposée à une solution de monoëthanolamine, à une température d'environ 60"C, puis est rincée a l'eau distillée, et cuite a l'air a une température d'environ 250 C pendant une durée de 15 minutes avant la formation de la coiffe, les courants à 35 l'état non-passant sont typiquement inférieurs a un picoam- -7 père pour un transistor à effet de champ ayant une longueur de canal de 6 micromètres et une largeur de 200 micromètres. Le courant à l'état non-passant doit généralement être inférieur à 50 picoampères pour des applications du type 5 dispositif de visualisation à cristaux liquides. Une solution de monoéthanolamine qui est une base forte, telle que le produit décapant dit R10 pour réserve, par exemple, est considérée comme pouvant être employée comme traitement de passivation à la suite de la gravure du canal inverse dans 10 des transistors à effet de champ en silicium amorphe. Alors qu'on préfère une solution de monoéthanolamine pour une telle passivation, des bases organiques et non-organiques fournissent une passivation similaire. On remarquera que les motifs 24 et 26 du métal de 15 contact assurent le masquage pour la gravure au plasma du silicium amorphe dopé et des couches sous-jacentes de silicium amorphe. A la suite de l'étape de passivation par exposition du silicium amorphe à une solution basique, on forme une coiffe permanente de passivation 28, comme cela 20 est représenté en figure 3, sur le substrat. La coiffe, ou couche diélectrique isolante 28, est de préférence en matériau tel que le nitrure de silicium. Plus particulièrement, la coiffe 28 est de préférence en nitrure de silicium, lequel est appliqué par dépôt en phase vapeur en plasma a 25 une température d'environ 150"C. On remarquera également que la gravure au plasma du silicium amorphe dopé, telle qu'elle se produit entre les étapes illutrées en figures 1 et 2, se traduit par la formation de couches 22a et 22b dopées de source et de drain, comme cela est illustré. Par conséquent, on voit d'après ce qui précède que la présente invention prévoit un procédé de passivation de la région à canal inverse de transistors à effet de champ en silicium amorphe. On voit que le procédé implique la gravure au plasma pour l'élimination du silicium dopé N+ du canal 35 inverse, puis la fourniture d'une suite d'opérations chimi- 3 298257 -8 ques a l'état humide et à l'état sec avant la pose d'une coiffe avec une couche de nitrure de silicium a basse température afin de produire un dispositif protégé et stable. On voit également que le processus de passivation de la présente invention est conforme aux procéd6s classiques de fabrication des dispositifs de visualisation a transistors à effet de champ et A cristaux liquides. On voit également que le procédé de passivation prévu dans la présente invention se traduit par des courants de fuite sensiblement réduits pour le canal inverse du transistor à effet de champ et, par conséquent, par un dispositif à transistors à effet de champ qui convient beaucoup mieux dans des dispositifs de visualisation à cristaux liquides. 1 \ REVENDICATIONS 1. Procédé pour la passivation de la région à canal inverse de transistors à effet de champ en silicium amorphe, caractérisé en ce qu'il consiste à: graver par crépitement du silicium amorphe dopé (22) au fond d'un interstice (25) dans une couche métallique en surplomb, d'o il résulte l'élimination du siliciure présent;, graver au plasma le silicium amorphe dopé et une 10 partie d'une couche sous-jacente de silicium amorphe (20); exposer la surface en silicium amorphe à une solution basique et, déposer une couche diélectrique de passivation (28) sur le transistor à effet de champ. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gravure par crépitement est effectuée en atmosphère d'argon. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gravure au plasma est effectuée dans un dispo20 sitif de gravure au plasma en cylindre. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base comprend une base inorganique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base comprend une base organique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la base organique comprend une solution de monoethanolamine. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, aussitôt après l'exposition à 30 la solution basique, les étapes consistant à: rincer le transistor à effet de champ dans l'eau distillée et chauffer à l'air. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chauffage à l'air est effectué à une tempéra35 ture d'environ 250 C pendant une durée d'environ 15 minutes. - 10 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de passivation (28) est constituée de nitrure de silicium appliqué par dépôt en phase vapeur à plasma. $ 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la couche de passivation (28) est déposée a une température d'environ 1500C.