Brevet FR2614133A1 — publié le 19881021

La présente invention concerne un procédé pour produire des contacts électriques à haut rendement avec du silicium amorphe n+. Plus généralement, l'invention concerne un procédé pour traiter une surface de silicium amorphe dopé pour améliorer le contact électrique. Le procédé s'applique à la production de dispositifs à circuit microélectronique et plus particulièrement à la production de semiconducteurs à couche mince de silicium amorphe, en particulier ceux utilisés dans les systèmes d'affichage à cristaux liquides à adressage matriciel. Typiquement, un dispositif d'affichage à cristaux liquides comprend une paire de lames plates scellées sur leurs bords extérieurs et contenant une certaine quantité de matériau à base de cristaux liquides. Les lames plates comportent généralement un matériau d'électrode transparent disposé sur leurs surfaces internes selon des dessins prédéterminés. Un panneau est souvent recouvert complètement d'une seule électrode de masse transparente. Le panneau opposé comporte un réseau d'électrodes transparentes que l'on appelle ici électrodes de pixels (points élémentaires). Donc, une cellule typique dans un affichage à cristaux liquides comprend un matériau à base de cristaux liquides disposé entre une électrode de pixels et une électrode de masse formant en pratique une structure semblable à celle d'un condensateur disposée entre les lames transparentes avant et arrière. Cependant, en général, il suffit qu'une seule des deux lames avec les électrodes qui y sont disposées soient transparentes. Lors du fonctionnement, l'orientation du matériau à base de cristaux liquides est effectuée par des tensions appliquées à travers les électrodes des deux côtés du matériau à base de cristaux liquides. Typiquement, une tension appliquée à l'électrode de pixels provoque une modification des propriétés optiques du matériau à base de cristaux liquides. Cette modification optique provoque l'affichage d'une information sur l'écran d'affichage. Dans les affichages classiques des montres numériques et dans les nouveaux affichages à cristaux liquides et les écrans utilisés dans certains récepteurs miniatures de télévision, l'effet visuel est typiquement produit par des variations de la lumière réfléchie. Cependant, l'utilisation de lames avant et arrière transparentes et d'électrodes transparentes permet également de produire les effets visuels par transmission. Ces effets par transmission peuvent être facilités par des sources lumineuses alimentées ultérieurement pour l'affichage, y compris des dispositifs de type fluorescent. Cela s'appelle typiquement l'affichage lumineux. On utilise divers mécanismes électriques pour mettre successivement à l'arrêt et en marche les éléments individuels de pixels d'un affichage à cristaux liquides. Plus particulièrement, l'élément de commutation de l'invention comprend un transistor à effet de champ en couche mince utilisant une couche de silicium amorphe. On préfère ces dispositifs dans beaucoup des affichages à cristaux liquides en raison de leur taille potentiellement faible, de leur faible consommation d'énergie, de leur vitesse de commutation, de la facilité de leur fabrication et de la compatibilité avec les structures d'affichage à cristaux liquides classiques. Les transistors à effet de champ en couche mince, faits à partir de silicium amorphe (a-Si) et de nitrure de silicium déposés par vaporisation chimique à l'aide d'un plasma, sont idéals pour l'adressage matriciel des affichages à cristaux liquides. On les fabrique sur des substrats de verre avec une forte densité des éléments d'image en utilisant les procédés et l'appareillage employés pour la fabrication classique des circuits intégrés. Dans un procédé de fabrication des transistors à effet de champ et des affichages à cristaux liquides, on réalise un contact en molybdène avec du silicium amorphe n+ en utilisant deux stades de masquage. Après dépôt d'un matériau isolant, tel que du nitrure de silicium, d'une couche de silicium intrinsèque amorphe et dopage des portions supérieures de la couche de silicium amorphe, on dépose par pulvérisation une couche mince de molybdène. On forme dans cette pellicule mince un dessin de petites régions appelées mesas. On découpe ensuite les couches de nitrure de silicium/silicium en un dessin de régions quelque peu plus grandes que les mesas, que l'on appelle ici îlots. Ensuite, on dépose du molybdène épais sur la tranche et on forme un dessin d'électrodes émetteur/collecteur et de lignes de données. Le dépôt de molybdène mince avant la formation ultétieure des îlots s'est révélé être nécessaire pour assurer un contact fiable entre le molybdène et le silicium n+. On voit donc que deux stades de masquage sont nécessaires pour former le contact: le masquage de formation des mesas et le masquage de formation des îlots. La diminution du nombre des stades de masquage est souhaitable, car elle réduit le temps de mise en oeuvre et de façon générale accroît le rendement du dispositif. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on dépose par pulvérisation sur le silicium n+ une couche mince de molybdène épaisse d'environ 50 nanomètres. On enlève ensuite cette couche de molybdène par attaque sans qu'aucune formation d'un dessin ne soit nécessaire. On divise ensuite la couche de silicium/nitrure de silicium selon un dessin d'îlots, comme précédemment. On dépose ensuite le molybdène métallique pour la formation des émetteurs/ collecteurs, on forme un dessin, on attaque et l'opération est achevée. C'est le dépôt de cette couche mince de molybdène et son enlèvement ultérieur qui semblent produire les améliorations du contact électrique entre les électrodes émetteur/collecteur en molybdène et le matériau constitué de silicium amorphe n+. Il convient de noter que le présent procédé de traitement rend inutile la formation de mesas de molybdène avant la formation des contacts émetteur/collecteur. Donc, un stade de masquage est supprimé. On notera également que, sans l'invention, la structure mesa/ilot est généralement nécessaire par suite du problème de surplomb dû au creusement des couches de silicium/nitrure de silicium entrainant des problèmes de recouvrement en gradins lors de lamétallisation formant les émetteurs/collecteurs. L'invention a donc pour objets: de fournir un procédé pour améliorer le contact électrique avec des matériaux faits de silicium amorphe; de réduire le nombre des stades de masquage nécessaires à la formation des transistors à effet de champ en couche mince utilisés dans les microcircuits; de réduire le nombre des stades de masquage et d'améliorer le rendement de la fabrication des affichages à cristaux liquides à adressage matriciel; et entre autres, de fournir un procédé pour traiter une surface de silicium amorphe, en particulier une surface de silicium amorphe dopé n+, pour améliorer le contact électrique avec ladite surface, en particulier lorsque le matériau de contact ultérieur est du molybdène. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1A est une coupe en élévation latérale illustrant les structures en mesa et en îlot présentes dans un stade de la fabrication d'un transistor à effet de champ en couche mince; la figure lB est une coupe en élévation latérale semblable à celle de la figure 1A mais illustrant plus particulièrement le dépôt d'un matériau de contact émetteur/collecteur et la formation par attaque de celui-ci pour former un transistor à effet de champ inversé; la figure 2A est une coupe en élévation latérale illustrant un stade opératoire initial selon l'invention; la figure 2B est semblable à la figure 2A mais illustre plus particulièrement l'enlèvement de la couche mince de molybdène déposée pour produire une modification permanente de la surface de silicium amorphe n+; la figure 2C est semblable à la figure 2B mais illustre plus particulièrement la formation d'un dessin par l'intermédiaire d'un masque pour produire des îlots et montre notamment l'absence de structures en mesas; et la figure 2D est semblable à la figure 2C mais indique plus particulièrement le dépôt et la formation d'un dessin de métallisation émetteur/collecteur. Les figures 1A et lB montrent en particulier que l'invention utilise un stade de masquage de moins que les autres procédés de fabrication. En particulier, la figure 1A illustre un stade de fabrication d'un transistor à effet de champ en couche mince inversé. La figure lB illustre une structure de transistor à effet de champ terminé produit selon un procédé différent de celui de l'invention. Les structures de transistor illustrées par la figure 1 sont déposées sur un substrat de verre 10. C'est typiquement le cas lorsque ces transistors sont utilisés dans des dispositifs d'affichage à cristaux liquides. Cependant, de façon générale, tout matériau isolant pour substrat thermiquement compatible et inerte avec les autres matériaux utilisés dans le transistor convient pour constituer un substrat. Il faut noter que le transistor, tel qu'il est illustré par les figures, est dit inversé, car l'électrode porte est déposée en un point inférieur de la structure du transistor. En particulier, la figure 1A illustre l'électrode porte 12 disposée sur le substrat 10. La disposition des matériaux de l'électrode porte et des liaisons conductrices nécessite typiquement un stade séparé de masquage et de formation d'un dessin qui spécifiquement ne concerne pas la pratique de l'invention. Cependant, après la formation des dessins métalliques 12 d'électrode porte, on dépose sur le substrat la couche isolante 14 constituée typiquement de nitrure de silicium. De façon semblable, on dépose ensuite sur la couche isolante 14 une souche de silicium amorphe 16. On dépose ensuite de façon classique la couche de silicium amorphe dopé 15 selon des procédés bien connus pour produire la couche 15 de silicium amorphe dopé n+. Ensuite, on utilise une couche d'une matière métallique 18, telle que le molybdène. On utilise la couche de molybdène 18 pour améliorer le contact électrique avec le matériau 15 constitué de silicium amorphe dopé n+. C'est à l'amélioration de ce contact électrique que l'invention s'applique spécifiquement. Selon le procédé illustré par les figures 1A et lB, la couche 18 est soumise à une opération de masquage et de formation d'un dessin qui produit une structure en mesa 18 illustrée par la figure 1A. On notera que ce stade particulier de masquage est celui que supprime la pratique de l'invention. Néanmoins, dans le procédé illustré, une opération ultérieure de formation d'un dessin et de masquage élimine des portions des couches 14, 15 et 16 de façon à former des structures en îlots au-delà de la structure en mesa illustrée. On notera que si la couche 18 n'est pas enlevée ou découpée en mesas avant le dépôt et l'attaque du matériau des électrodes émettrices et collectrices, un problème de surplomb dû à un creusement du matériau en silicium/nitrure de silicium est susceptible de se poser et d'entraîner des problèmes de recouvrement en gradins lors de la formation d'une couche de métallisation émetteur/collecteur. Donc, les opérations séparées de masquage pour les structures en mesa et en îlot se sont révélées être très souhaitables pour éviter qu'il se pose des problèmes dans de recouvrement en gradins. La figure lB illustre l'achèvement d'un procédé de formation d'un transistor à effet de champ en couche mince à partir de la structure illustrée par la figure 1A. En particulier, une couche d'un matériau conducteur 19, constitué de préférence de molybdène, est déposée et dessinée comme représenté. En particulier, le dessin du matériau en molybdène provoque la formation d'une ouverture ou espace séparant les portions émettrice et collectrice du transistor à effet de champ. On notera que la couche 18 améliorant le contact est divisée en portions 18'. Bien qu'elles soient typiquement constituées du même matériau, de préférence le molybdène, les -structures 18' et 19 sont représentées comme distinctes sur la figure lB, car, en fait, ces structures ont des fonctions quelque peu différentes. En particulier, comme noté ci-dessus, la couche de molybdène 18 (également appelée 18' après la formation du dessin) est relativement mince (environ 50 nm) et sert uniquement à améliorer le contact électrique avec la couche de silicium amorphe dopé 15. Cependant, une couche de métallisation 19 plus épaisse est utilisée pour réaliser le dessin de métallisation émetteur/collecteur et le raccordement de ces éléments du dispositif au reste du circuit. De façon générale, dans un dispositif du type affichage à cristaux liquides comme décrit ci-dessus, chaque élément de pixel est associé à un transistor à effet de champ unique, tel que celui illustré par la figure lB (ou la figure 2D, comme exposé plus particulièrement relativement au procédé de l'invention). On notera également que les figures de l'invention ne sont pas représentées à l'échelle et en particulier que les dimensions dans la direction verticale ont été exagérées de façon à mieux illustrer l'invention et à présenter des dessins plus faciles à comprendre par le spécialiste de la fabrication en microélectronique. Un procédé de mise en pratique de l'invention est particulièrement illustré par les figures 2A-2D. Le traitement nécessaire à l'obtention du dispositif dont la coupe est illustrée par la figure 2A est typiquement le même que celui utilisé pour la construction du dispositif illustré par la figure lA, comme exposé ci-dessus, jusqu'à et y compris la formation de la couche de silicium amorphe dopé 15. A cet égard, on notera que bien que la région dopée soit représentée comme une couche séparée 15, il est évident pour le spécialiste de l'art que cette couche est en fait formée par dopage d'une portion de la couche de silicium amorphe 16 et que ces couches 15 et 16 forment essentiellement une structure unique, si ce n'est que les régions supérieures du silicium amorphe sont dopées avec un dopant de polarité particulière, tel que le phosphore. Cependant, la figure 2A illustre le dépôt d'une couche mince de molybdène qui est de préférence pulvérisée sur le silicium amorphe dopé n+. Cette couche de molybdène 21 a de préférence une épaisseur d'environ 50 nm. Elle est de préférence déposée par pulvérisation. Egalement, contrairement aux autres procédés, la couche de molybdène mince 21 est enlevée. On l'enlève de préférence par attaque avec une solution aqueuse d'acide phosphorique, d'acide acétique et d'acide nitrique. On notera surtout que la couche de molybdène 21 est enlevée sans qu'aucun stade de formation d'un dessin ne soit utilisé. Cela contraste complètement avec le procédé illustré par les figures lA et lB. Par suite du dépôt et de l'élimination de la couche de molybdène 21, il semble qu'une modification permanente de la couche 15 de silicium amorphe dopé n+ soit produite. Cette modification est illustrée par le trait gras 20 sur les figures 2B, 2C et 2D. C'est cette modification permanente qui semble produire les caractéristiques souhaitables de l'invention. Selon les modes de réalisation préférés de l'invention pour former des transistors à effet de champ en couche mince, la couche de silicium/nitrure de silicium est ensuite dessinée en ilots, comme décrit ci-dessus. Un ilot typique produit est illustré par la figure 2C. On notera en particulier que les structures en mesa sont absentes dans les figures 2C et 2D et qu'aucun problème de creusement, de surplomb ou de recouvrement en gradins ne se pose. Néanmoins, la modification de la surface du silicium amorphe dopé n+ 15 améliore fortement le contact électrique avec le molybdène 19 déposé ultérieurement qui est dessiné comme décrit ci-dessus pour produire une métallisation émetteur/collecteur. La structure obtenue est illustrée par la figure 2D. On a constaté que si le dépôt de la couche de molybdène 21 n'est pas effectué dans le procédé, le rendement des bons contacts électriques est notablement réduit. Il faut également noter que des expériences effectuées indiquent nettement que c'est le dépôt et l'élimination ultérieure de la couche de molybdène 21 qui assurent les effets bénéfiques du procédé de l'invention. En particulier, on a déterminé par des mesures électriques que le dépôt et l'élimination du molybdène provoquent une modification de la surface du silicium n+. Même après une attaque prolongée avec une solution aqueuse d'acide phosphorique, d'acide acétique et d'acide nitrique pour enlever le molybdène, la conductivité électrique du silicium n+ est bien supérieure à celle du silicium n+ non traité. De plus, l'attaque par pulvérisation de la surface, suivie d'une attaque par plasma suffisante pour éliminer une petite fraction du matériau n+, entraîne une diminution considérable de la conductivité n+ par rapport à celle observée pour le matériau soumis à un dépôt et à une élimination du molybdène. Cela indique qu'une modification permanente de la surface n+ s'est produite. Cette modification persiste même après des stades multiples d'application d'une réserve, y compris les stades de nettoyage et les stades d'incinération dans l'oxygène. Cette surface modifiée est importante pour assurer une bonne liaison et un bon contact entre la couche épaisse de molybdène 19 qui est déposée et dessinée sous forme d'une métallisation d'émetteur/collecteur après la formation des îlots. Dans un autre mode de réalisation, le premier recouvrement de molybdène n'est enlevé que juste avant le dépôt de la métallisation émetteur/collecteur. Ce dépôt de molybdène protège la surface des contaminations pendant les stades intermédiaires de traitement, tels que le dépôt ITO et la formation du dessin. L'attaque ultérieure du revêtement de molybdène a pour avantage de débarrasser la surface de silicium des contaminants. Il ressort donc de ce qui précède que le procédé de l'invention améliore notablement le contact avec des surfaces de silicium amorphe dopé. On voit de plus que le procédé de l'invention réduit le nombre des stades de masquage utilisés dans la fabrication des transistors amorphes en couche mince. On voit également que le procédé décrit ici est particulièrement avantageux pour former un dispositif de commande à transistors à effet de champ dans des affichages à cristaux liquides à adressage matriciel. Egalement, le temps de fabrication et le rendement des dispositifs dans la fabrication de tels transistors sont améliorés par le procédé de l'invention. Bien entendu, l'invention est susceptible de diverses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé pour traiter une surface de silicium amorphe 15 afin d'améliorer le contact électrique avec cette surface, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une couche 21 de molybdène sur la surface de silicium amorphe et à enlever cette couche de molybdène. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche est enlevée par attaque chimique. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'agent d'attaque chimique est un mélange d'acide phosphorique, d'acide acétique et d'acide nitrique en solution aqueuse. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de molybdène déposée a une épaisseur entre environ 10 et nanomètres. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la couche de molybdène a une épaisseur d'environ 50 manomètres. 6. Procédé selon la revendication 1, comprenant de plus le stade de dépôt d'un métal 19 au moins sur la surface de silicium amorphe dont le molybdène a été enlevé. 7. Procédé selon la revendication 6, comprenant de plus un stade d'élimination selon un dessin du second métal déposé. 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le second métal déposé est le molybdène. 9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite couche de molybdène est déposée par pulvérisation. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite surface de silicium amorphe est constituée de silicium amorphe n+