Brevet FR2697923A1 — publié le 19940513

Structure de ligne de signaux pour un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces et procédé pour sa fabrication La présente invention concerne, d'une manière générale, un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (appelé ci-après "TFT- LCD") et, plus particulièrement, une structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD et un procédé pour la fabrication de celle-ci permettant de réduire la résistance de la ligne de signaux et d'obtenir une meilleure productivité. Dans la partie qui suit, un TFT-LCD et un procédé de fabrication conventionnels vont être décrits avec les problèmes qu'ils engendrent en référence à plusieurs dessins. En se référant tout d'abord à la figure 1, on peut voir une structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD rapportée par Ikéda dans "Japan display ( 89), Kyoto" page 498. Comme le montre la figure 1, la structure du TFT-LCD est formée d'un substrat en verre 1 comportant un premier film de métal (tantale) 2, un second film de métal (cuivre) 3 et un troisième film de métal (tantale) 4 superposés pour former des lignes de signaux, c'est-à-dire une électrode de grille 13 a et une ligne de données 13 b, ainsi qu'un film isolant 5 recouvrant les lignes de signaux, une couche de silicium amorphe 6, une couche de silicium amorphe ni 7 et une électrode de source/drain 8 formées sur l'électrode de grille 13 a, dans l'ordre voulu. Or, le domaine de l'invention est celui des lignes de signaux Parmi les composants qui forment les lignes de signaux, le premier film de métal 2 a pour rôle d'améliorer l'adhérence au substrat en verre 1 Le second film de métal 3, ou le second composant, permet de réduire la résistance a environ 3 pn cm, par exemple, tandis que le troisième film de métal 4, ou le troisième composant, est formé pour éviter l'oxydation du second film de métal à laquelle celui-ci est sensible. En se référent maintenant à la figure 2, on peut voir illustré un procédé conventionnel pour fabriquer la ligne de signaux destinée au TFT-LCD Tout d'abord, sur un substrat en verre 1, un premier film de métal (tantale) 2 ayant une épaisseur de 5 x 10-8 m ( 500 A) approximativement est déposé par pulvérisation cathodique suivi du dépôt d'un second film de métal (cuivre) 3 et d'un troisième film de métal (tantale) 4 ayant respectivement une épaisseur de 20 x 10-8 m et x 10-8 m ( 2 000 et 500 À) approximativement, sur le premier film de métal 2 dans l'ordre voulu, comme illustré sur la figure 2 a. Puis, sur le troisième film de métal 4, est déposé un photorésist 9 qui est ensuite soumis à une photogravure pour définir la largeur d'une ligne de signaux, et le troisième film de métal 4 est soumis à un traitement d'attaque chimique à sec sous gaz CF 4/02 pour exposer le second film de métal 3, comme illustré sur la figure 2 b. Ensuite, le second film de métal 3 exposé est soumis à un procédé d'attaque chimique par réactif liquide dans une solution du type acide acétique, tandis que le premier film de métal 2 est traité d'une manière similaire à celle utilisée pour le troisième film de métal 4 sous gaz CF 4/02, comme illustré sur la figure 2 c. Finalement, le photorésist 9 est ôté et un film isolant est formé sur une épaisseur de 55 x 10-" m ( 5 500 A) approximativement par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé au plasma, afin de réaliser une ligne de signaux pour le TFT-LCD, comme illustré sur la figure 2 d. Cependant, plusieurs problèmes se posent lors de la mise en oeuvre du procédé conventionnel ci-dessus En particulier, lorsque l'attaque chimique par réactif liquide est appliquée au second film de métal 3, après l'attaque chimique à sec du troisième film de métal 4 illustrée sur la figure 2 c, la surface latérale du second film de métal 3 est attaquée, comme illustré sur la figure 3 a qui est une vue de détail partiellement agrandie de la partie A de la figure 2 c, puisque l'attaque chimique par réactif liquide présente, en principe, la même vitesse d'attaque dans le sens vertical et dans le sens horizontal En outre, étant donné que le film isolant 5 de la ligne de signaux est formé d'un film d'oxyde de silicium sous une atmosphère oxydante, le second film de métal 3 est oxydé, de sorte que le volume du second film de métal est augmenté, d'o une flexion du troisième film de métal 4, visible sur la figure 3 b qui est une autre vue de détail agrandie de la partie A de la figure 2 c. La structure déformée provoque une fuite entre l'électrode de grille et l'électrode de source/drain dans le transistor à couches minces réalisé Au pire, il se produit un phénomène de court-circuit entre l'électrode de grille et l'électrode de source/drain, de sorte que la qualité du TFT-LCD devient défectueuse. Pour éviter le court-circuit entre l'électrode de grille et l'électrode de source/drain, l'électrode de grille est soumise à un traitement d'oxydation anodique pour former un film d'oxydation anodique, ou bien un film isolant conçu pour avoir une structure à deux composants comprenant un film d'oxyde de silicium et un film de nitrure de silicium peut être formé Toutefois, l'application d'une oxydation anodique à la ligne de signaux conçue pour avoir une structure à trois composants comprenant le premier film de métal 2, le second film de métal 3 et le troisième film de métal 4 visibles dans la structure conventionnelle, s'accompagne de l'oxydation anodique du troisième film de métal supérieur 4 A ce moment là, la partie latérale du second film de métal 3 n'est pas oxydée En outre, elle est placée dans une situation dangereuse telle qu'elle risque d'être corrodée par une solution utilisée pour l'oxydation anodique Par conséquent, même cette méthode ne suffit pas à empêcher une fuite de courant entre l'électrode de grille et l'électrode de source/drain dans un TFT-LCD et à améliorer la productivité. Pour résoudre les problèmes susmentionnés, la présente demanderesse a admis qu'il est nécessaire de disposer d'une structure de ligne de signaux nouvelle pour un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (TFT-LCD) dans laquelle il ne se produise pas de fuite ni de court- circuit entre l'électrode de grille et l'électrode de source/drain du transistor, ainsi que d'un procédé pour fabriquer cette structure de ligne de signaux. Par conséquent, selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé une structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD dotée d'une résistance remarquablement réduite. Selon un second aspect de la présente invention, il est proposé une structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD, permettant d'éviter un phénomène de retard de signaux. Selon un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un procédé pour fabriquer une structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD, permettant d'améliorer la productivité. Conformément à la présente invention, les buts ci-dessus sont atteints grâce au fait qu'il est proposé un procédé pour fabriquer une structure de ligne de signaux pour un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (TFT- LCD), comportant les étapes qui consistent à former un premier métal et un second métal, dans un ordre voulu, sur un substrat en verre; à définir la largeur (W 1) du second métal pour ensuite appliquer un procédé d'attaque chimique au second métal; à déposer un troisième métal sur la totalité de la structure résultante et à définir la largeur (W 2) de la ligne de signaux afin d'éliminer simultanément les parties non nécessaires du premier métal et du troisième métal. Par conséquent, la ligne de signaux réalisée grâce au procédé de l'invention est dotée d'une structure comportant un substrat isolant; un premier métal formé sur le substrat isolant, le premier métal ayant une bonne adhérence vis-à-vis du substrat isolant; un second métal formé sur le premier métal, le second métal ayant une résistance faible; et un troisième métal constitué du même matériau que le premier métal, le troisième métal ainsi que le premier métal entourant le second métal pour éviter une oxydation de ce dernier. Les buts, avantages et caractéristiques ci-dessus et bien d'autres de la présente invention ressortiront d'une manière plus évidente de la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle- ci, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique montrant la structure d'un TFT-LCD conventionnel; les figures 2 a à 2 d sont des vues en coupe transversale schématiques illustrant respectivement les étapes de fabrication d'une ligne de signaux pour le TFT-LCD conventionnel; les figures 3 a et 3 b sont des vues en coupe transversale de détail schématiques et agrandies d'une partie A de la figure 2, illustrant respectivement les problèmes engendrés par le procédé conventionnel; la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique montrant la structure du TFT-LCD selon la présente invention; les figures 5 a à 5 d sont des vues en coupe transversale schématiques illustrant respectivement les étapes de fabrication d'une ligne de signaux pour le TFT-LCD selon un premier mode de réalisation de la présente invention; les figures 6 a et 6 b sont des vues en coupe transversale schématiques illustrant respectivement les étapes de fabrication d'une partie formant plage de connexion pour le TFT-LCD selon un second mode de réalisation de la présente invention; et la figure 7 est une vue en coupe transversale schématique illustrant le cas o une puce de circuit intégré (IC) est reliée à la plage de connexion selon la présente invention. Dans la partie qui suit, les modes de réalisation préférés de la présente invention vont être décrit en détail en référence aux dessins dans lesquels les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments En référence à la figure 4, l'affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (TFT-LCD) est formé d'un substrat en verre 1 comportant un premier métal 2 doté d'une bonne adhérence, comme le tantale et le niobium, un second métal 3 doté d'une excellente conductivité, comme le cuivre, et un troisième métal 4, le premier métal 2 et le troisième métal 4 enfermant le second métal 3 pour former une ligne de signaux, c'est-à- dire une électrode de grille 13 a et une ligne de données 13 b, ainsi qu'un premier film isolant 5 a en Ta 2 05 ou Nb 202 formé sur la surface de la ligne de signaux par application d'une oxydation anodique au premier métal 2 et au second métal 3, un second film isolant 5 formé entièrement sous la forme d'une structure conventionnelle, un silicium amorphe 6, un silicium amorphe n+ 7, et une électrode de source et de drain 8. Le premier métal et le troisième métal peuvent être choisis dans le groupe comprenant le titane (Ti), le vanadium (V) et des métaux du groupe III à la place du tantale (Ta) et du niobium (Nb) De l'aluminium ou un alliage d'aluminium peut être utilisé pour le second métal à la place du cuivre. Une description du procédé pour fabriquer une ligne de signaux TFT-LCD va être donnée dans la partie suivante en référence aux figures 5 à 7. En référence tout d'abord à la figure 5 qui illustre les étapes de fabrication d'une ligne de signaux pour un TFT-LCD selon un premier mode de réalisation de la présente invention, un premier métal 2, tel que du tantale ou du niobium, ayant une épaisseur de 2 x 10- m à 10 x 10-8 m ( 200 à 1000 A) approximativement et un second métal 3, tel que du cuivre, doté d'une résistance faible, inférieure à 20 p Ou cm ayant une épaisseur de 5 x 10-8 m à 10 x 10-" m ( 500 à 1 000 A) approximativement sont en premier lieu déposés par pulvérisation cathodique sur un substrat en verre 1, dans un ordre voulu, suivi de l'application d'un photorésist 9 sur le second métal 3 Un procédé de photogravure est appliqué au photorésist 9 afin de définir la largeur prédéterminée (W 1) du photorésist 9 Après cette étape, le second métal 3 est soumis à un procédé d'attaque chimique par réactif liquide dans une solution acétique (CH 3 COOH) Le procédé d'attaque chimique par réactif liquide assure une attaque du second métal 2 dans les deux sens vertical et horizontal, de sorte que le second métal 2 peut être doté d'une structure qui présente une configuration identique à celle représentée sur la figure 5 a. Puis, le photorésist 9 est ôté et un troisième métal 4 est alors déposé sur la totalité de la structure résultante sur une épaisseur d'environ 5 x 10-8 m à 15 x 10-8 m ( 500 à 1500 À) approximativement, comme illustré sur la figure 5 b. Un photorésist 9 a est ensuite déposé sur le troisième métal 4 et puis doté d'une configuration grâce à un procédé de photogravure afin de définir une largeur prédéterminée (W 2) de celui-ci supérieure d'au moins 1,um à la largeur (Wl) du second métal 3, comme illustré sur la figure 5 c Après cette étape, un procédé d'attaque chimique est entrepris pour éliminer les parties non nécessaires des premier et troisième métaux 2 et 4, comme illustré sur la figure 5 c Dans le cas o le premier métal 2 et le troisième métal 4 sont constitués de tantale, le procédé d'attaque chimique est réalisé sous gaz CF 4/02. En dernier lieu, le photorésist 9 a est éliminé, et un procédé d'oxydation anodique est appliqué au premier métal 2 et au troisième métal 4 dans une solution aqueuse de stannate d'ammonium ayant une concentration d'environ 0,1 à 0,001 mol/l à une tension d'environ 50 à 100 V, afin de former un premier film isolant 5 a sur la surface exposée du premier métal 2 et du troisième métal 4 sur une épaisseur de 8 x 10 8 m à 16 x 10 8 m ( 800 à 1600 A), comme illustré sur la figure 5 d Dans ces conditions, le premier film isolant 5 a est réalisé en Ta 2 O, ou en Nb 205. Après l'exécution des étapes pour fabriquer une ligne de signaux de TFTLCD, une zone de plage de connexion est formée, comme illustré sur la figure 6 Pour ce faire, un film de nitrure de silicium ou un film d'oxyde de silicium est initialement déposé sur la structure résultante sur une épaisseur de 30 x 10-8 m ( 3 000 A) approximativement, afin de former un second film isolant 5 visible sur la figure 6 a. Puis, un photorésist 9 b est déposé sur le second film isolant et un procédé de photogravure est ensuite appliqué à la partie supérieure de la plage de connexion, afin que cette partie soit dotée d'une configuration ouverte Pour former une zone de plage de connexion, un procédé d'attaque chimique à sec ou par réactif liquide est entrepris pour attaquer le premier film isolant 5 a, le second film isolant 5, et le troisième métal 4, dans l'ordre voulu. En se tournant maintenant vers la figure 7, on peut voir illustré un procédé pour relier une puce de circuit intégré (IC) à la plage de connexion selon la présente invention. Pour la liaison, de l'or (Au) 10 est déposé à l'aide d'un procédé d'électrodéposition sur ou au-dessus du second métal 3 de la structure formant plage de connexion selon la présente invention, et à l'aide d'un matériau de liaison 11 en alliage du type Pb/Sm, tandis que du cuivre 12 d'une puce de circuit intégré positionnée au-dessus de la partie de liaison du câblage est relié au second métal 3. Il n'est donc pas nécessaire de former à nouveau un métal pour réaliser une connexion puce sur verre (COG) Par conséquent, le procédé est simplifié grâce à l'utilisation du métal de câblage dans la plage de connexion. Comme cela a été décrit précédemment, une déconnexion dans la ligne de signaux est rendue impossible par les deux procédés d'attaque chimique selon la présente invention En outre, une fuite et un court- circuit entre l'électrode de source/drain et l'électrode de grille sont évités dans la structure de TFT-LCD de l'invention D'autre part, le procédé de l'invention pour fabriquer une ligne de signaux de TFT- LCD définit une plage de connexion avec laquelle il est possible de réaliser une connexion COG, et a pour effet d'améliorer la productivité. Bien que la description précédente ait porté sur des modes de réalisation préférés de la présente invention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée aux exemples particuliers décrits et illustrés ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer une ligne de signaux pour un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (TFT-LCD), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à former un premier métal ( 2) et un second métal ( 3), dans un ordre voulu, sur un substrat en verre ( 1); à définir la largeur (W,) du second métal pour appliquer ensuite un procédé d'attaque chimique au second métal; à déposer un troisième métal ( 4) sur la totalité de la structure résultante et à définir la largeur (W 2) de la ligne de signaux pour éliminer simultanément les parties non nécessaires du premier métal ( 2) et du troisième métal ( 4). / 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également l'étape qui consiste à appliquer un procédé d'oxydation anodique aux surfaces du premier métal ( 2) et du troisième métal ( 4) afin de former un premier film isolant ( 5 a). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier métal ( 2) et le troisième métal ( 4) sont choisis dans le groupe comprenant le tantale, le niobium, le titane, le vanadium, et des métaux du groupe III. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second métal ( 3) est choisi dans le groupe comprenant le cuivre, un alliage de cuivre, l'aluminium, et un alliage d'aluminium. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (W 2) de la ligne de signaux est d'au moins 1 pm supérieure à la largeur (W 1) du second métal ( 3). _ 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé d'attaque chimique utilisé pour le second métal ( 3) est un procédé d'attaque chimique par réactif liquide réalisé dans une solution du type acide acétique. -7 Structure de ligne de signaux pour un affichage à cristaux liquides à transistor à couches minces (TFT-LCD), caractérisée en ce qu'elle comporte un substrat isolant ( 1); un premier métal ( 2) formé sur le substrat isolant et doté il d'une bonne adhérence vis-à-vis du substrat isolant; un second métal ( 3) formé sur le premier métal et doté d'une résistance inférieure à 20 p Q cm; un troisième métal ( 4) constitué du même matériau que le premier métal, le troisième métal ainsi que le premier métal entourant le second métal; et un premier film isolant 5 a formé par application d'une oxydation anodique au premier métal ( 2) et au troisième métal ( 4). 8 Structure de ligne de signaux pour un TFT-LCD, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie du second métal ( 3) est exposée afin de relier électriquement une plage de connexion de la ligne de signaux à un circuit périphérique.