Brevet FR2747233A1 — publié le 19971010

PROCEDE DE FABRICATION D'UN DISPOSITIF D'AFFICHAGE A CRISTAL LIQUIDE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristal liquide (LCD) et plus particulièrement, un procédé de fabrication d'un LCD présentant un transistor en couche mince (TFT) comme élément de commutation. Dans un LCD utilisant des TFT comme éléments de commutation. les TFT sont intégrés de sorte à piloter et à contrôler chaque pixel. Comme représenté sur la 1I) figure 1, dans un LCD classique ayant une matrice de TFT. des électrodes de pixel sensiblement rectangulaires 12 sont arrangées en rangs et en colonnes sur un substrat I 1. des lignes de grille 13 sont formées le long des rangées et des lignes de données 14 sont formées le long des colonnes. La figure '2A est une vue de dessus représentant une partie des éléments d'un LCD présentant une matrice de transistor en couche mince. Comme représenté sur la figure 2A. une électrode de grille 23 est formée sur le substrat et une pluralité de lignes de données 14 et de lignes de grille 13, perpendiculaires les unes aux autres. sont formées sur le substrat. Des transistors en couche mince sont tformés au voisinage de chaque point d'intersection des lignes de grille 13 et des lignes de données 14. Chaque transistor présente une grille 23 et une source 24 et un drain 34. La figure 2B est une vue en coupe transversale le long de la ligne I-1 de la figure 2A. Comme représenté sur la figure 2B. une électrode de grille 23 réalisée en Ta est formée sur le substrat I. Une couche d'isolation de grille 21 réalisée en SiNx est formée sur toute la surthce y compris sur l'électrode de grille 23. et une couche semi- conductrice 22 constituée en silicium amorphe est formée sur la couche d'isolation de grille 21. Lne couche de contact ohmique 33 constituée de silicium amorphe dopé n- est formée sur la couche semi-conductrice. Des électrodes de source 24 et de drain 34 en Mo sont formées sur la couche de contact ohmique 33. Ensuite. une couche organique 10 en un matériau organique est tformée, en tant que couche de passivation. Le matériau organique présente un profil de surface plus lisse que les matériaux inorganiques. De la sorte, lorsque l'on dépose le matériau organique sur la surface du LCD qui présente une surface irrégulière du fait des éléments multicouches, on peut arriver à aplanir la surface irrégulière. De la sorte des défauts tels que des orientations nonuniformes ou des mauvais alignements des molécules de cristal liquide du tfait de l'irrégularité de la surtface peuvent être réduits. En outre, on peut obtenir un taux d'ouverture plus élevé en augmentant la surface des électrodes de pixels. Ensuite. une couche isolante inorganique 15 en SiO2 ou SiNX est formée sur la couche organique de passivation 10. Un trou de contact est formé et enfin une électrode de pixel 12 en un matériau conducteur transparent tel que de l'oxyde d'étain et d'indium (ITO) est formée. Comme décrit ci-dessus. la couche de passivation du LCD classique présente une structure en couches avec des couches isolantes organique et inorganique 10. 1 5. La couche isolante inorganique 15 est formée au-dessus de la couche organique de passivation 10 afin d'améliorer les propriétés d'adhésion de la couche d'lTO sur lai couche de passivation. Ceci résulte du fait que la couche organique de passivation ne fournit pas nécessairement une bonne adhésion pour la couche d'ITO. Il y a deux façons de former les couches organique 10 et inorganique 15. Une première est de déposer séquentiellement les couches organique et inorganique. et de les structurer simultanément. La deuxième est de déposer et de structurer la couche organique de passivation d'abord, et ensuite de former la couche isolante 1 5 inorganique. Tout d'abord la première méthode présente l'inconvénient suivant. Le traitement permettant de structurer les couches isolantes organiques et inorganiques comprend l'utilisation d'une solution organique, comme par exemple un mélange de N-méthyl-pyrolidone ("NMP"). d'alcool et d'amine afin d'enlever l'agent photosensible. Ensuite. de ce tfait, la couche isolante peut gonfler ou se dilater. parce qu'une telle solution organique peut pénétrer à travers l'intertface entre la couche organique de passivation et la couche d'isolation inorganique. Ensuite. la deuxième méthode présente aussi un inconvénient en ce que deux étapes sont nécessaires pour structurer et former la couche isolante. En outre. l'électrode de drain peut se désolidariser du fait que les différences des coefficients de dilatation thermique des couches isolantes organique et inorganique peuvent produire des fissures dans la zone du trou de contact. En conséquence. la présente invention concerne un procédé de tfabrication d'un dispositif d'affichage à cristal liquide, qui palie sensiblement un ou plusieurs des problèmes dus aux limitations et inconvénients de l'art antérieur. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un transistor en couche mince qui évite les problèmes sus-mentionnés. L'invention propose un procédé de fabrication d'un LCD sur un substrat. le procédé comprenant les étapes de: - formation d'un transistor en couche mince sur le substrat; - formation d'une couche isolante organique au-dessus du transistor en couche mince; - transformation de la surface de la couche isolante organique en une couche inorganique. Ce procédé peut en outre comprendre les étapes de: - formation d'une structure dans un agent photosensible au-dessus de la couche isolante organique; - attaque de la couche isolante organique de sorte à former un trou de contact au-dessus de la source et du drain du transistor; - élimination de l'agent photosensible; - conversion de la surface de la couche isolante organique en formant une couche inorganique sur la surface de la couche isolante organique par combustion à l'oxygène; et - formation d'une électrode de pixel en contact avec la source ou le drain de transistor à travers le trou de contact. La couche isolante organique comprend avantageusement au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré, le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène). Le procédé peut aussi comprendre en outre les étapes de: - formation d'un transistor en couche mince présentant une grille, une couche d'isolation de grille, une source et un drain sur le substrat; - formation d'une ligne de données reliée à la source de transistor; - formation d'une ligne de données reliée à la grille du transistor; - formation d'une couche isolante organique au-dessus du transistor en couche mince, la couche isolante organique comprenant au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré, le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène); - formation d'une structure dans un agent photosensible au-dessus de la couche isolante organique; - attaque de la couche isolante organique de sorte à former un trou de contact au-dessus de la source du transistor - élimination de l'agent photosensible; transformation de la surface de la couche isolante organique en une couche inorganique par combustion à l'oxygène; et - formation d'une électrode de pixel en contact avec la source ou au drain du transistor en couche mince à travers le trou de contact. L'étape d'élimination de l'agent photosensible comprend de préférence une combustion à l'oxygène. uaR14;-.Ivlx INX - 2'-.il 73 12 Cette étape de combustion à l'oxygène est avantageusement poursuivie continûment jusqu'à ce que l'agent photosensible soit éliminé et que la couche inorganique soit formée à la surface de la couche isolante organique. Dans une mode de mise en oeuvre, la couche isolante organique comprend au moins une structure avec une liaison silicium. L'étape d'élimination de l'agent photosensible par combustion à l'oxygène et l'étape de formation d'une couche inorganique peuvent être effectuées continûment. L'étape d'élimination de l'agent photosensible comprend avantageusement un traitement par attaque humide. Cette étape de traitement par attaque humide comprend par exemple un traitement par attaque humide utilisant un mélange d'alcool, d'acétone, d'HNO3, et d'H2So4. On peut en outre prévoir les étapes de: - formation d'un transistor en couche mince présentant une grille, une couche d'isolation de grille et une source, un drain sur le substrat; - formation d'une ligne de données reliée à la source du transistor; - formation d'une ligne de grille reliée à la grille du transistor; - formation d'une couche de passivation au-dessus du transistor, la couche de passivation comprenant au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré, le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène); et - réalisation d'un traitement au plasma de la couche de passivation, en utilisant un gaz comprenant de l'oxygène. La couche de passivation comprend de préférence une structure avec une liaison silicium. L'étape de réalisation d'un traitement au plasma forme avantageusement une couche inorganique à la surface de la couche de passivation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront de la description qui suit ou découleront de la mise en oeuvre de l'invention. Les objets et avantages de l'invention peuvent en particulier être obtenus grâce à la structure décrite dans la description, les revendications et les dessins. Il est entendu que la description générale ci-dessus, tout comme la description détaillée qui suit ne sont qu'exemplaires, et sont destinées à mieux expliquer l'invention. Les figures jointes, qui constituent une partie de la présente description, montrent des modes de réalisation de l'invention, et servent avec la description écrite à expliquer les principes de l'invention. Sur ces figures: - la figure 1 est un diagramme de circuit d'un LCD classique; - la figure 2A est une vue de dessus à grande échelle montrant des transistors en couche mince et des parties d'électrodes de pixels dans le LCD classique; - la figure 2B est une vue en coupe transversale le long de la ligne I-I de la figure 2A, les figures 3A à 3F sont des vues en coupe transversale montrant les étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un premier mode de réalisation de la présente invention: et - les figures 4A à 4D sont des vues en coupe transversale montrant les étapes d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristal liquide selon un second mode de réalisation de la présente invention. Il est maintenant fait référence en détails aux modes de réalisation préférés de la présente invention, dont les exemples sont illustrés dans les dessins joints. Premier mode de réalisation préféré Comme représenté dans la figure 3A, un métal tel que de l'aluminium est déposé sur toute la surface d'un substrat 111, et est structuré de sorte à former une ligne de grille et une électrode de grille 123. Une couche d'isolation de grille 121 est déposée sur toute la surface du substrat sur lequel la couche métallique a déjà été structurée, comme représenté sur la figure 3A. Une couche de silicium amorphe 122 et une couche de silicium amorphe dopé n+ 133 sont ensuite déposées. comme représenté sur la figure 3B, et sont structurées pour former une couche de silicium amorphe 122 et une couche de silicium amorphe de type n+ 133, comme représenté sur la figure 3C. Une couche de chrome par exemple est déposée et structurée pour former une électrode de source 124 et une électrode de drain 134. Ensuite, la partie exposée de la couche de silicium amorphe de type n+ 133 est attaquée, comme représenté sur la figure 3D. En référence à la figure 3E, une couche de passivation 110 est formée sur toute la surface en revêtant celle-ci d'un matériau organique présentant une structure avec une liaison -Si-O. La couche organique de passivation peut aussi être une couche organique isolante. On peut utiliser une couche organique isolante à la place d'une couche organique de passivation dans l'invention et ses divers modes de réalisation. Un agent photosensible est revêtu sur la couche de passivation et est développé. Un trou de contact 143 est formé en utilisant une méthode d'attaque sèche, par exemple. L'agent photosensible est éliminé par combustion en présence d'oxygène, ou cendragc ou attaque à l'oxygène. Une couche isolante inorganique 115 est obtenue en oxydant la surface de la couche organique de passivation pour la transformer en SiO2 (figure 3E). Si la couche organique de passivation recouvre les bornes de R 14 ' 1;, INN' - 7ugâ 1-tni 7-5, 12 contact des lignes de données et de grille, elle peut être attaquée en même temps que le trou de contact est formé en utilisant une méthode d'attaque sèche (non représentée sur les dessins). Ensuite, en référence à la figure 3F, une couche d'oxyde d'étain et d'indium est déposée. Un agent photosensible est revêtu et déposé sur cette couche et développé. Une électrode de pixel 112 est formée en attaquant la couche d'étain et d'indium en suivant la structure de l'agent photosensible développé. Le reste de l'agent photosensible pourrait être éliminé par combustion en présence d'oxygène (figure 3F). Deuxième mode de réalisation préféré En référence à la figure 4A, un métal tel que du chrome est disposé sur toute la surface d'un substrat 111 et est structuré de sorte à former une ligne de données. une électrode de source 124 et une électrode de drain 134. Une couche de silicium amorphe, une couche de SiNx et une couche d'aluminium sont déposées sur toute la surface du substrat sur lequel la couche de chrome a déjà été structurée, comme représenté sur la figure 4A. Ces couches sont structurées de sorte à former une couche semi-conductrice 122, une couche d'isolation de grille 121, une ligne de grille, et une électrode de grille 123 (figure 4B). Une couche de passivation 110 est formée en revêtant toute la t surface d'unmatériau organique présentant une structure à liaison -$i- O. La couche organique de passivation peut aussi être une couche organique isolante. On peut utiliser une couche organique isolante à la place d'une couche organique de passivation dans l'invention et ses divers modes de réalisation. De I nombreux composés différents présentant la liaison chimique-Si-O peuvent être utilisés suivant la présente invention. Un exemple de tels composés est le benzocyclobutène (BCB). Un agent photosensible est revêtu sur la couche de passivation et est développé. Un trou de contact 143 est formé en utilisant. par exemple, une méthode d'attaque sèche. L'agent photosensible est éliminé par combustion en présence d'oxygène, ou cendrage ou attaque à l'oxygène. Une couche isolante inorganique 115 est formée en continuant le traitement à l'oxygène pendant un certain temps, et en transformant ainsi la surface de la couche organique de passivation 110 en une couche de SiO2, comme représenté sur la figure 4C. Si la couche organique de passivation recouvre les bornes des lignes de grille et de données, elle peut être attaquée en même temps que le trou de contact est formé en utilisant la méthode d'attaque sèche; ceci n'est pas représenté sur les dessins. En référence à la figure 4D, une couche d'oxyde d'étain et d'indium est déposée. Un agent photosensible est ensuite revêtu sur cette couche et développé. L'électrode de pixel 112 est formée en attaquant la couche d'oxyde d'étain et d'indium, en suivant la structure de l'agent photosensible développé. par attaque sèche ou humide. Le reste de l'agent photosensible pourrait être éliminé par combustion à l'oxygène. comme représenté sur la figure 4D. Les caractéristiques des méthodes mentionnées plus haut selon la présente invention sont décrites maintenant. L'agent photosensible est revêtu sur une couche d'isolation organique. L'agent photosensible est exposé et développé pour présenter la structure désirée. en utilisant un masque. La couche organique de passivation est structurée selon la structure de l'agent photosensible développé. en utilisant une méthode d'attaque sèche. Le reste de l'agent photosensible peut être éliminé par combustion en présence d'O2, ou en utilisant une méthode d'attaque humide. Si on utilise une combustion à 'o2,. une couche isolante inorganique 1 15 peut être formée en continuant à attaquer la couche organique de passivation à l'oxygène pendant une certaine période. de sorte à transformer la surface de la couche organique de passivation en SiO2. En conséquence. on peut réaliser dans une chambre d'attaque sèche. en une seule fois, les trois étapes de (1I) attaque de la couche organique de passivation. (2) élimination de l'agent photosensible et (3) combustion. cendrage ou attaque de la couche organique de passivation à l'oxygène. De la sorte. du fait que ces trois étapes sont réalisées successivement en une seule fois dans une chambre d'attaque sèche. le nombre d'étapes de procédé est réduit. selon la présente invention. De façon alternative, l'agent photosensible peut être éliminé en utilisant une attaque humide. Dans ce cas. un mélange d'alcool, d'acétone. d'H2S04 et de HNO3 peut être utilisé en tant que solution pour le procédé d'attaque humide. ceci n'étant qu'un choix panni diverses méthodes pour éliminer l'agent photosensible. Ensuite. la couche isolante inorganique peut être formée sur la couche organique de passivation en transformant la surface de la couche organique de passivation 1 10 en une couche de SiO2, par combustion en présence d'oxygène, après avoir éliminé l'agent photosensible disposé sur la couche organique de passivation. On évite aussi le gonflement indésirable de la couche isolante provoqué dans la méthode classique par la pénétration d'une solution organique telle qu'un mélange de NMP. d'alcool et d'amine à travers l'interface entre la couche organique de passivation et la couche isolante inorganique, du fait que la couche isolante inorganique est formée en transformant la surface de la couche organique de passivation en une couche de SiO-). I | if.SI. X_I 1 7.1 7 71 En outre. la couche de SiO2 sur le dessus de la couche isolante de la présente invention empêche la désolidarisation ou le détachement entre les électrodes de pixels et de drain qui peut être provoqué par des fissures dans la zone de trou dc contact résultant d'une différence de coefficients de dilatation thermique des couches isolantes organique et inorganique. Cette différence des coefficients de dilatation thermique est surmontée par l'invention. Il apparaîtra à l'homme du métier que diverses modifications et variations du procédé de fabrication de la présente invention peuvent être réalisées sans pour autant s'éloigner de l'esprit de l'invention. R 1438N) I14;hX IX X REVENDICATIONS 1.- Un procédé de fabrication d'un LCD sur un substrat, le procédé comprenant les étapes de: - formation d'un transistor en couche mince sur le substrat (111); - formation d'une couche isolante organique (110) au-dessus du transistor en couche mince; - ansformation de la surface de la couche isolante organique (110) en une couche inorganique (115). 2.- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes de: formation d'une structure dans un agent photosensible au-dessus de la couche isolante organique; - attaque de la couche isolante organique (110) de sorte à former un trou de contact (143) au-dessus de la source et du drain du transistor; - élimination de l'agent photosensible; - conversion de la surface de la couche isolante organique en formant une couche inorganique sur la surface de la couche isolante organique par combustion à l'oxygène; et - formation d'une électrode de pixel (112) en contact avec la source (124) ou le drain (134) de transistor à travers le trou de contact. 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la couche isolante organique comprend au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré, le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène). 4.- Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre les étapes de: formation d'un transistor en couche mince présentant une grille (123). une couche d'isolation de grille (121), une source (124) et un drain (134) sur le substrat; - formation d'une ligne de données reliée à la source de transistor; - formation d'une ligne de données reliée à la grille du transistor; - formation d'une couche isolante organique (110) au-dessus du transistor en couche mince, la couche isolante organique comprenant au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré. le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène); - formation d'une structure dans un agent photosensible au-dessus de la couche isolante organique; - attaque de la couche isolante organique de sorte à former un trou de contact au-dessus de la source du transistor - élimination de l'agent photosensible; transformation de la surface de la couche isolante organique en une couche inorganique par combustion à l'oxygène: et - formation d'une électrode de pixel ( 1 12) en contact avec la source ou au drain du transistor en couche mince ài travers le trou de contact. 5.- Procédé selon l'une des revendications 2. 3 ou 4 dans lequel l'étape d'élimination de l'agent photosensible comprend une combustion à l'oxygène. 6.- Procédé selon la revendication 5. dans lequel l'étape de combustion i l'oxygène est poursuivie continûment jusqu'à ce que l'agent photosensible soit éliminé et que la couche inorganique soit formée à la surface de la couche isolante organique. 7.- Procédé selon la revendication 5 ou 6. dans lequel la couche isolante organique comprend au moins une structure avec une liaison silicium. 8.- Procédé selon la revendication 5. 6 ou 7. dans lequel l'étape d'élimination de l'agent photosensible par combustion à l'oxygène et l'étape de formation d'une couche inorganique sont effectuées continûment. 9.- Procédé selon l'une des revendications 2 à 8. dans lequel l'étape d'élimination de l'agent photosensible comprend un traitement par attaque humide. 10.- Procédé selon la revendication 9. dans lequel l'étape de traitement par attaque humide comprend un traitement par attaque humide utilisant un mélange d'alcool. d'acétone. d'HNO3. et d'H2SO4 1 I.- Procédé selon la revendication 1. comprenant en outre les étapes de: - formation d'un transistor en couche mince présentant une grille (123). une couche d'isolation de grille (121) et une source (124). uni drain (134) sur le substrat ( l): - formation d'une ligne de données reliée à la source du transistor; - formation d'une lign e de grille reliée à la grille du transistor; - formation d'une couche de passivation (110) au-dessus du transistor. la couche de passivation comprenant au moins un matériau choisi parmi le polyimide fluoré, le téflon, le cytope, le fluoropolyaryléther, le parylène fluoré, le PFCB (perfluorocyclobutane) et le BCB (benzocyclobutène); et - réalisation d'un traitement au plasma de la couche de passivation, en utilisant un gaz comprenant de l'oxygène. 12.- Procédé selon la revendication 11, dans lequel la couche de passivation comprend une structure avec une liaison silicium. 13.- Procédé selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'étape de réalisation d'un traitement au plasma forme une couche inorganique à la surface de la couche de passivation. #14,NI-;'ImN'--,- in 1997- Il 12