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Dokumentenidentifikation DE69025228T2 19.09.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0395161
Titel MIM-Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung und eine solche Anordnung enthaltende Anzeigevorrichtung
Anmelder Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder Shannon, John Martin, Redhill, Surrey RH1 5HA, GB
Vertreter von Laue, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 22335 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69025228
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.04.1990
EP-Aktenzeichen 902010123
EP-Offenlegungsdatum 31.10.1990
EP date of grant 07.02.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.09.1996
IPC-Hauptklasse H01L 45/00
IPC-Nebenklasse G02F 1/136   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft MIM-Anordnungen (Metall-Isolator-Metall) und ihre Herstellung. MIM-Anordnungen enthalten im allgemeinen auf einem Substrat eine zwischen zwei Leitschichten liegende Dünnschicht-Isolierschicht, an die im Betrieb eine Spannung gelegt wird, wobei die Anordnung eine nichtlineare Widerstandskennlinie im Betrieb aufweist. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anzeigeanordnung mit MIM-Anordnungen.

MIM-Anordnungen, die als eine Art von Diodenstruktur betrachtet werden können, wurden in aktiven matrixadressierten Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen als Schaltelemente zum Steuern des Betriebs der Bildelemente der Anordnung verwendet. Diese nichtlinearen Zweipolanordnungen bieten den Vorteil vor TFTs, die ebenfalls für derartige Anwendungen benutzt werden, daß sie sich verhältnismäßig einfach herstellen lassen.

Eine typische MIM-adressierte Anzeigeanordnung besteht aus einem Paar von Glassubstraten, die je eine Gruppe von Zeilenadreßleitern und eine Gruppe von Spaltenadreßleitern mit einzelnen Bildelementen tragen, die im Bereich der Schnittstellen der sich kreuzenden Zeilen- und Spaltenleiter angebracht werden. Jedes einzelne Bildelement enthält eine Bildelementelektrode auf dem einen Substrat mit den Zeilenleitern, einen gegenüberliegenden Anteil eines der Spaltenleiter auf dem anderen Substrat zusammen mit dem zwischenliegenden Flüssigkristallmaterial und ist elektrisch in Reihe mit wenigstens einer MIM-Anordnung zwischen einem betreffenden Zeilenleiter und Spaltenleiter mit der wenigstens einen MIM-Anordnung auf dem einen Substrat neben ihrer Bildelementelektrode und in Verbindung zwischen dieser Elektrode und den zugeordneten Zeilenleiter angeschlossen.

Die MIM-Anordnungen arbeiten als Zweirichtungsschalter zur Steuerung des Betriebs ihrer zugeordneten Bildelemente. Durch ihr nichtlineares Widerstandsverhalten weisen die Anordnungen Schwellenkennlinien auf und schalten infolgedessen in Beantwortung eines ausreichend hohen erzeugten Feldes ein, um Videodatensignalspannungen den Bildelementen zuführen zu können und die gewünschte Anzeigebeantwortung zu bewerkstelligen. Das Schaltverhalten der MIM-Anordnung ergibt sich aus Durchtunnelung oder dem Springen von Trägern in der Dünnfilm-Isolierschicht und in diesem Zusammenhang ist die Spannung/Widerstandskennlinie der Anordnung von der Größe des elektrischen Feldes und somit von der Art und der Dicke der Isolierschicht abhängig. Der vorherrschende Mechanismus in diesem Verhalten zeigt sich den Poole/Frenkel-Effekt, wenn von Isolierschichtdicken im Bereich von wenigen zehn Nanometer ausgegangen wird. Es wurde gefunden, daß Anordnungen mit derartigen Isolierschichtdicken eine zufreidenstellendere Leistung für Flüssigkristallanzeige anordnungsanwendungen durch ihre Fähigkeit zum Versorgen des erforderlichen Ein/Aus-Verhältnisses bei Verwendung auf geeigeneten Spannungen bieten.

Ein mögliches Verfahren zum Adressieren der Anzeigeanordnung erfolgt durch Anlegen von Abtastspannungssignalen an die Zeilenleiter und von Datenspannungssignalen an die Spaltenleiter. Der Matrixbereich der Bildelemente wird zeilenmäßig auf einer Zeitbasis zum Aufbauen eines Anzeigebildes über ein Feld adressiert.

In einem bekannten MIM-Strukturtyp bei Verwendung in einer LC- Anzeigeanordnung nach der Beschreibung zum Beispiel in US-A-4413883, auf die für weitere Einzelheiten verwiesen wird, wird die Isolierschicht als anodisierte Oxidoberflächenschicht auf einer Metallschicht zur Bildung einer der Leitschichten gebildet. Die eine Leitschicht besteht aus Tantal, das zur Bildung eines dünnen Films aus isolierendem Tantalpentoxid auf der Oberfläche anodisiert wird, der anschließend mit einer Leitschicht auf Nickel, Chrom, Tantal, Aluminium oder einem anderen Metall bedeckt wird. Anodische Oxidation ist ein geeignetes bequemes Verfahren und die Dicke der erhaltenen Oxidschicht kann mit der zum Oxidieren angelegten Spannung gesteuert werden.

Es ist für den erfolgreichen Betrieb von MIM-Anordnungen wichtig, daß sie gute Isoliereigenschaften bei geringen angelegten Feldbedingungen aufweisen, um einen hohen Widerstand zu schaffen, und daß sie bei höheren angelegten Feldern auf gesteuerte Weise leitend werden, um Kennlinien gleich denen einer in Vorwärtsrichtung betriebenen Diode zu erhalten. Sie sollen daher geeignete nichtlineare Kennlinien haben, die für die Betriebskriterien in einer Flüssigkristallanzeigeanordnung geeignet sind. Diese Kennlinien sind von der Dicke der Isolierschicht nach obiger Beschreibung abhängig und werden von den betreffenden Ladungsübertragungsmechanismen bestimmt. Im oben beschriebenen Strukturtyp ergeben sich diese Mechanismen aus dem Einschließen von Verunreinigungen oder Fehlern in die anodisierte Metallschicht.

In anderen bekannten MIM-Strukturtypen zur geeigneten Verwendung in LC-Anzeigeanordnungen werden getrennt abgeschiedene Dünnfilm-Isolierschichten verwendet. Isolierwerkstoffe wie Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, Siliziummonoxid und Zinkoxid wurden beschriebne. Ein Beispiel einer MIM-Struktur unter Verwendung von Siliziumoxynitrid-Werkstoff als Isolierschicht ist in der britischen Patentanmeldung Nr.8729517 beschrieben.

Obgleich im allgemeinen mit Metall-Isolator-Metall-Anordnung bezeichnet, können Leitwerkstoffe wie Indiumzinnoxid (ITO) als eine oder beide der "Metall"- Schichten verwendet werden.

Es wird davon ausgegangen, daß MIM-Anordnungen mit Isolierwerkstoffen wie Siliziumoxynitrid oder Siliziumnitrid im Betrieb überlegene Merkmale bieten, insbesondere bei Verwendung in der Anzeigeanordnung infolge der niedrigeren dielektrischen Konstante dieser Werkstoffe im Vergleich beispielsweise zu anodisiertem Tantal.

Jedoch erscheint es, daß ein Problem mit derartigen MIM-Anordnungen auftritt, nämlich daß fehlerhafte Kurzschlußanordnungen auftreten können. Bei einem Feld von MIM-Anordnungen wie in einer Anzeigeanordnung kann ein derartiger Kurzschluß dazu führen, daß das ganze Feld außerbetrieb gestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere MIM-Anordnung unter Verwendung der vorteilhafteren Isolierschichtwerkstoffe zu schaffen.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine bessere MIM- Anordnung unter Verwendung einer getrennt abgeschiedenen Isolierschicht zu schaffen, die wahrscheinlich weniger anfällig für das obige Problem ist.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine derartige MIM- Anordnung zu schaffen, die in geeigneten Feldern zur Verwendung in Anzeigeanordnungen herstellbar ist.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer MIM-Anordnung mit den Schritten der Ablagerung einer Dünnfilmschicht aus Isoliermaterial auf einer von einem Substrat getragenen ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht in Überlagerung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitschicht aus anodisierbarem Werkstoff besteht, und daß nach dem Abscheiden der Isolierschicht auf der ersten Leitschicht und vor dem Abscheiden der zweiten Leitschicht die Struktur eine Anodisierbehandlung erfährt.

Man glaubt, daß in bekannten Formen von MIM-Anordnungen unter Verwendung getrennt abgeschiedener Dünnfilm-Isolierschichten Kurzschlüsse durch Nadellöcher oder schwache Bereiche in der dünnen Isolierschicht zwischen den Leitelektroden zum Herstellen des direkten Kontakts zwischen den Leitschichten bzw. durch Durchbruch der Isolierschicht im Betrieb der Anordnung verursacht werden können.

Der Anodisiervorgang ergibt das Züchten von isolierendem anodischem Material an Stellen, an denen Nadellochfehler oder sonstige schwache Stellen sich in der abgeschiedenen Isolierschicht befinden, so daß in der fertiggestellten Anordnung diese Fehler wirksam beseitigt sind und die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen der ersten Leitschicht und der zweiten Leitschicht über die Isolierschicht weitgehend reduziert ist. Wenn sich ein Nadelloch in der abgeschiedenen Isolierschicht befindet, wächst anodisches Material in das Nadelloch und füllt es wenigstens teilweise aus und verhindert, daß Leitmaterial sich bei der Erzeugung der zweiten Leitschicht hierdurch erstreckt. Anodisches Material wird auch im Oberflächenbereich der ersten Leitschicht unter dem Nadelloch aufgewachsen. Bei einer schwachen Stelle durch ein außergewöhnlich dünnes Gebiet mit Isoliermaterial wird anodisches Material im entsprechenden Oberflächenbereich der ersten Leitschicht zum Ausgleich aufgewachsen.

Die Anodisierspannung wird vorzugsweise kleiner als die Spannung gewählt, bei der die fertiggestellte MIM-Anordnung im Betrieb gesteuert werden muß. Der Betrag der geschaffenen Anodisierung ist steuerbar und von dem über schwache Gebiete erzeugten Feld abhängig. Durch geeignete Wahl einer Anodisierspannung mit niedrigerem Wert als eine typische Steuerspannung beschränkt sich das Ausmaß der Anodisierung nur auf derartige Stellen, an denen sie wahrscheinlich ein Problem bilden werden, wenn die Anordnung gesteuert wird, und mit dem Betrag und dem Ausmaß der Anodisierung ausreichend zum Beseitigen von Fehlern, wobei die zusammengesetzte auf diese Weise gebildete dielektrische Schicht die Möglichkeit hat, sich auf die erforderliche Weise in Beantwortung der angelegten Steuerspannungen zum Aufrechterhalten der gewünschten I-V-Kennlinien zu verhalten. Das abgeschiedene Isoliermaterial bleibt die vorherrschende Komponente der dielektrischen Schicht bei der Bestimmung des kennzeichnenden Verhaltens der Anordnung.

Die erste Leitschicht kann auf einem Metall wie Tantal oder Aluminium erzeugt werden, wodurch dielektrisches Tantalpentoxid bzw. Aluminiumoxid beim Anodisieren erzeugt wird, oder ein anderes geeignetes anodisierbares Material zum Erzeugen einer dielektrischen anodischen Schicht wie Niob, Titan, Molybdän oder Hafnium.

Die zweite Leitschicht kann aus einem Metall wie Chrom, Wolfram, Tantal, Nichrom oder Titan bestehen, obgleich andere Leitwerkstoffe wie ITO oder Zinnoxid verwendbar sind.

Die Isolierschicht kann aus verschiedenen anderen Werkstoffen wie aus Tantaloxynitrid, Siliziumdioxid, Siliziummonoxid oder Siliziumnitrid, und insbesondere aus nichtstoichiometrischem Siliziumnitrid bestehen. Die größten Vorteile werden vor Anordnungen nach dem Stand der Technik erhalten, wenn anodisiertes Metall als das dielektrische Material durch Verwendung eines Isoliermaterials mit niedrigerer dielektrischer Konstante verwendet wird als derartige anodisierte Metalle. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Isolierschicht Siliziumoxynitrid. Vorzugsweise wird dieses Material plasmaabgeschieden. Das Einschließen von Sauerstoff in plasmaabgeschiedenem Siliziumnitrid ergibt die Schaffung einer gesteuerten Durchtunnelungsfehlerdichte, die der MIM eine gute elektrische Leistung erteilt. Die Plasmaabscheidungstechnik ermöglicht einfache Steuerung von Schichtparametern, wie der Dicke, und erzeugt eine dielektrische Schicht mit einem hohen Homogenitätsgrad, wobei mögliche Fehler in der Form von Nadellöchern und schwachen Bereichen durch den Anodisiervorgang beseitigt werden. Die Materialstruktur ermöglicht die gute Bestimmung elektrischer Kennlinien auf reproduzierbare Weise. Eine große Homogenität der Durchtunnelungsstellen kann erhalten werden, wenn die Dichte der Stellen auf bequeme Weise steuerbar ist, um die gewünschten elektrischen Kriterien zu erfüllen.

Außerdem ist Plasmaabscheidung ein Verfahren mit verhältnismäßig niedriger Temperatur (typisch weniger als 300 Grad Celsius) und verursacht keine Schwierigkeiten bei der Herstellung der Schicht in bezug auf das Substrat und mögliche zuvor abgeschiedene Schichten auf dem Substrat.

Siliziumoxynitrid hat eine niedrige dielektrische Konstante im Bereich von 6 im Vergleich beispielsweise zu Tantalpentoxid, das eine dielektrische Konstante um herum hat, und daher weist die MIM-Anordnung einen viel niedrigeren Kapazitäts effekt im Gebrauch auf als eine MIM-Anordnung bei Verwendung ausschließlich von Tantalpentoxid für die Isolierschicht. Dies ist bedeutsam bei der Verwendung der Anordnung als aktives Element in einer Flüssigkristallanzeigeanordnung, wenn es erforderlich ist für den optimalen Betrieb, daß die Streukapazität der Anordnung wesentlich niedriger ist als die Kapazität des zugeordneten Flussigkristallbildelements.

Nach einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Feldes von MIM-Anordnungen auf einem Substrat angegeben, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die MIM-Anordnungen unter Verwendung des Verfahrens nach dem ersten Merkmal der Erfindung hergestellt werden, und daß die MIM-Anordnungen gleichzeitig hergestellt werden. Bei einer Vielzahl von Anordnungen bei der gleichzeitigen Herstellung in einem großen Gebiet, wie es eine Matrixanzeigeanordnung erfordert, wird eine im wesentlichen gleiche und ungeänderte Betriebsleistung der Anordnungen erhalten, insbesondere bei Verwendung von Siliziumoxynitrid für die Isolierschicht.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die MIM-Anordnungen in Reihen angeordnet, wobei die ersten Leitschichten der MIM-Anordnung in jeder Zeile elektrisch mit einem betreffenden gemeinsamen Zeilenleiter verbunden werden, und die Zeilenleiter werden als Kontakte im Anodisierverfahren verwendet. Auf vorteilhafte Weise können die ersten Leitschichten der MIM-Anordnungen jeweilige Anteile der Zeilenleiter enthalten.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Matrixbereich von Bildelementen vorgesehen, der einander gegenüberliegende Elektroden enthält, die auf einander zugewandten Oberflächen von zwei im Abstand liegenden Substraten mit zwischenligendem Fliissigkristallmaterial enthalten, wobei jedes Bildelement mit einem Leiter einer Anzahl von Adreßleitern auf einem Substrat über ein Schaltelement verbunden ist, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schaltelemente MIM-Anordnungen enthält, die entsprechend den ersten und zweiten Merkmalen der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Wie bei Flüssigkristallanzeigeanordnungen mit bekannten MIM-Strukturen als Schaltelementen wird der Matrixbereich von MIM-Anordnungen in der Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach der Erfindung gleichzeitig auf dem einen Substrat unter Verwendung ausführlicher Photoätztechniken zum Definieren von Bereichen der verschiedenen Schichten erzeugt.

MIM-Anordnungen, ihr Herstellungsverfahren und eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einer Anzahl derartiger MIM-Anordnungen als Schaltelemente nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1A, 1B, 1C und 1D schematisch im Querschnitt, nicht maßstabgerecht, zwei Ausführungsbeispiele von MIM-Anordnungen in verschiedenen Herstellungsstufen,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines Teils der Flüssigkristall- Anzeigeanordnung mit einigen Bildelementen, die mit je einem entsprechenden nichtlinearen Schaltelement in Form einer MIM-Anordnung zwischen Zeilen- und Spaltenadreßleitern in Reihe geschaltet sind,

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch einen Anteil der Anzeigeanordnung, und

Fig. 4 die graphische Darstellung der elektrischen Leistung einer typischen Anordnung der MIM-Anordnungen der Anzeigeanordnung, und insbesondere das Verhältnis zwischen der angelegten Spannung V und der Stromdichte J in der Anordnung.

In Fig. 1 enthält die MIM-Anordnung zwei Leitschichten, die je an eine Zwischenschicht aus Isoliermaterial anstoßen, und besitzt eine Schaltkennlinie infolge ihres nichtlinearen Strom/Spannungsverhaltens durch die Zwischenisolierschicht, wodurch sie einen hohen Widerstand bei niedrigen zugeführten Spannungen hat, und bei höheren angelegten Spannungen der Widerstandswert der Anordnung sich ändert und stark abfällt, um zufriedenstellenden Stromfluß zu ermöglichen.

In Fig. 1A und 1B, insbesondere in Fig. 1B, wird die MIM-Anordnung aus einem isolierenden Substrat 14 beispielsweise aus Glas erzeugt und enthält überlagerte Schichten aus einer ersten Leitschicht 30 aus anodisierbarem Werkstoff, einer zweiten Leitschicht 34 und einem Dünnfilm aus dielektrischem Material 32, der direkt zwischen diesen Leitschichten gelegt ist. In diesem besonderen Ausführungsbeispiel enthält die Schicht 30 Tantal, die Schicht 34 Chrom und die dielektrische Schicht 32 Siliziumoxynitrid. Das Siliziumoxynitridmaterial hat eine hohe Fehlerdichte infolge des Einschließens von Sauerstoff, wodurch eine entsprechende hohe Dichte an Durchtunnelungsstellen für quantenmechanische Durchtunnelungseffekte geschafft wird, die der Anordnung ihre nichtlineare Kennlinie erteilt.

Die Anordnung wird durch Abscheiden der Schichten 30 und 32 in Überlagerung auf dem Substrat 14 hergestellt, wie in Fig. 1A dargestellt. Die Schicht 30 wird abgeschieden und in ein im allgemeinen rechteckiges Feld von etwa 10 Quadratmikrometer unter Verwendung einer geeigneten Technik definiert, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder durch Aufdampfen von Tantalmaterial und Photoätzen. Die Siliziumoxynitridschicht 32 wird auf der Schicht 30 abgeschieden, wobei ein plasmaverstärktes Niederdruckaufdampfverfahren verwendet wird, und wird durch Photoätzen definiert, um im allgemeinen mit der Schicht 30 (Fig. 1A) koextensiv zu sein.

Plasmaverstärkte Niederdruckaufdampfverfahren sind allgemein bekannt und ausführlich beschrieben. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens an Siliziumoxynitrid und die Ausrüstung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in der europäischen Patentschrift Nr.0032024 beschrieben, wobei Einzelheiten des Inhalts als Bestandteil dieser Anmeldung anzusehen sind.

Es soll klar sein, daß zum Anbringen der Isolierschicht der MIM- Anordnung das Verfahren zur Erzeugung von Siliziumoxynitrid gesteuert wird, dessen Zusammensetzung derart ist, daß die erforderlichen nichtlinearen Widerstandskennlinien bei Verwendung in Form eines Dünnfilins erhalten werden.

Kurzgefaßt umfaßt die Plasmaabscheidung das Anbringen des Substrats 14 mit dem Feld 30 darauf in einer Reaktionskammer, in der es einer Plasma- oder Glimmentladung aus Silan (SiH&sub4;), Ammoniak (NH&sub3;) und Stickstoffoxidyl (N&sub2;O) bei einer Temperatur von ungefähr 300ºC und einem Druck von etwa 133,3 Pa (1 Torr) unterworfen wird, was die Abscheidung von Siliziumoxynitrid auf dem Substrat ergibt. Die Silan-, Ammoniak- und Stickstoffoxidylkomponenten werden in die Reaktionskammer in geeigneten Mengen zum Erzeugen eines siliziumreichen Oxynitridmaterials mit den gewünschten nichtlinearen elektrischen Kennlinien eingeführt.

Die Dicke der Siliziumoxynitridschicht kann zwischen 20 und 150 nm liegen Lind beträgt vorzugsweise von 40 bis 80 nm.

Die entstehende Struktur erfährt eine Anodisierbehandlung, bei der die Struktur in eine geeignete Anodisierlösung eingetaucht und die Leitschicht 30 mit einem Potential verbunden wird, so daß eine Spannung an die Schicht 32 gelegt wird, und diese Spannung geringer is als die normalerweise im Betrieb auzulegende Spannung der fertiggestellten MIM-Anordnung in nachfolgendem Gebrauch ist. Phosphorsäure von etwa 0,001M bis 1M kann zum Anodisieren verwendet werden. Auf andere Weise können Salpetersäure, Zitronensäure oder Tartarsäure verwendet werden. Da das anodische Material einfach zur Isolierung dienen soll und es nicht erforderlich ist, daß es sich auf die Weise verhält, die von einer anodischen Schicht erforderlich ist, die die Isolierschicht einer MIM-Anordnung bildet, braucht das Anodisierverfahren nicht notwendigerweise so besonders zu sein. Fehler in dieser Schicht sind unnötig. Für eine hohe Reinheit der anodischen Schicht mit guten Isoliereigenschaften bietet Zitronensäure vorteilhafte Ergebnisse. Davon ausgehend, daß die MIM-Anordnung zum Betreiben mit Steuerspannungen um 11 bis 15 V ausgelegt ist, kann dabei Anodisierung durch Anlegen von zehn Volt ausgeführt werden. Aufwachsen von Tantalpentoxid beträgt etwa 1,6 nm je Volt. Anodisierung löst das Aufwachsen von Tantalpentoxid an jeder Nadellochstelle in der Siliziumoxynitridschicht 32 aus und an den exponierten Rändern der Schicht 30. In Fig. 1A ist also ein beispielhaftes Nadelloch mit der Bezeichnung 40 wenigstens teilweise mit Tantalpentoxid 41 ausgefüllt, das bei Anodisierung erzeugt wurde. Ein Oberflächenbereich der Schicht 30 unterhalb des Nadellochs wird ebenfalls in Tantalpentoxid umgesetzt.

Ein dünner Tantalpentoxidschicht wird ebenfalls bei diesem Vorgang an der Schnittstelle zwischen den Schichten 30 und 32 in jedem Bereich erzeugt, in dem die abgeschiedene Schicht 32 außergewöhnlich dünn ist. Also werden schwache Stellen der Schicht 32 infolge außergewöhnlich dünner Gebiete von Siliziumoxynitrid auch mit Tantalpentoxidmaterial ausgebessert. Die Anodisierspannung wird unter Berücksichtigung typischer Steuerspannungen im Betrieb der Anordnung derart gewählt, daß das Ausmaß des erzeugten anodischen Materials nur zu diesen schwachen Stellenbereichen beschränkt wird, die möglicherweise Probleme im Betrieb der angefertigten Anordnung geben können, wenn sie bestehen bleiben. Wenn eine größere Anodisierspannung verwendet werden würde, kann anodisches Material allgemeiner an der Schnittstelle zwischen den Schichten 30 und 32 erzeugt werden, wodurch demnach das Verhalten der angefertigten Anordnung sich ändert.

Fehler in der MIM-Struktur, die möglicherweise zu Kurzschlüssen führen, werden daher mit dem Anodisierverfahren durch die Erzeugung einer zusammengestzten dielektrischen Schicht wirksam ausgebessert.

Der Betrag des Tantalpentoxids, das sich möglicherweise zwischen den Schichten 34 und 30 unter typischen Umständen befindet, ist sehr gering im Vergleich zum Betrag des Siliziumoxynitrids. Also beherrscht das Siliziumoxynitrid das dielektrische Material und die Auswirkung auf die Leistung des aufgewachsenen Tantalpentoxids der angefertigten Anordnung ist minimal. Die entstehende MIM-Anordnung verhält sich genauso wie eine MIM-Anordnung mit einer dielektrischen reinen Siliziumoxynitridschicht ohne Fehler. Statt Tantal können andere anodisierbare Werkstoffe wie Aluminium verwendet werden, das unter Verwendung von Schwefelsäure anodisiert wird.

Zum Vervollständigen der MIM-Anordnung wird die zweite Leitschicht 34 auf der Schicht 32 beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder Aufdampfen abgeschieden und nach einer Kontaktfläche durch Photoätzen zum Erzeugen der Struktur nach Fig. 1B definiert.

Die Dicke der zwei Leitschichten 30 und 34 ist nicht kritisch, kann aber typisch zwischen 100 und 300 nm bei Tantal bzw. Chrom liegen. Kontakt mit der Kontaktfläche 30 kann durch die Erzeugung einer (nicht dargestellten) integralen Leitung erhalten werden, die sich seitlich über das Substrat erstreckt. In einer Anzeigeanordnung kann die Kontaktfläche 34 als Teil der Bildelementelektrode dienen. Auf andere Weise kann mit der Kontaktfläche 34 durch Definieren einer Leitschicht Kontakt hergestellt werden, wobei die Leitschicht den Kontakt mit der Kontaktfläche 34 durch ein Fenster in der über die Anordnung abgeschiedenen Isolierschicht herstellt.

In einer praktischen Anordnung braucht die dielektrische Schicht 32 nicht notwendigerweise gleichzeitig mit der Leitschicht 30 auf die oben beschriebene Weise im wesentlichen zu enden. Für vereinfachte Herstellung und leichtes Kontaktieren der angefertigten Anordnung wird vorzugsweise ein erweitertes Gebiet aus dielektrischem Material verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird daher eine Schicht aus Siliziumoxynitrid auf der Schicht 30 und auch auf benachbarten Teilen des Substrats 14 abgeschieden, wie in Fig. 1C dargestellt. In anderem Hinsicht wird diese MIM- Anordnung wie zuvor hergestellt. Nach dem Anodisierverfahren wird die zweite Leitschicht 34 abgeschieden und zur Bildung eines oberen Kontakts auf der Kontaktfläche

30 zusammen mit einer integralen Spur definiert, die sich seitlich über den Rand der Kontaktfläche 30 und über den benachbarten Oberflächenbereich des Substrats 14 erstreckt, wie in Fig. 1D dargestellt.

Durch den Anodisierschritt wird die Möglichkeit eines Kurzschlusses in der vervollständigten MIM-Anordnung durch Nadellöcher in der dielektrischen Schicht 32, wodurch das Material der Schicht 34 den Kontakt mit der Schicht 30 herstellt, oder durch schwache Gebiete in der Schicht 32 verhindert. In dieser Struktur sind schwache Gebiete wahrscheinlicher, weil die Isolierschicht 32 über die Ränder der Schicht 30 abgestuft wird. Diese Abstufung kann zu einer verringerten Dicke des Isoliermaterials in diesen Gebieten führen, wenn die Schicht 32 abgeschieden wird. Mögliche derartige schwache Gebiete werden durch Aufwachsen von anodischem Material in Oberflächenbereichen der Kontaktfläche 30 neben seinen Rändern im Anodisierverfahren entsprechend der Darstellung beispielsweise bei 35 in Fig. 1C ausgebessert.

Zur Verwendung insbesondere in einer Anzeigeanordnung entsprechend der Beschreibung wird eine Gruppe derartiger MIM-Anordnungen vorteilhaft gleichzeitig auf dem Substrat 14 unter Verwendung von Standard-Großmengenabschiedungs- und Photoätztechniken hergestellt. Die MIM-Anordnungen werden in einer Zeilen- und Spaltengruppe angeordnet. Die Anordnungen jeder Zeile werden mit einem betreffenden gemeinsamen Zeilenleiter verbunden, der sich entlang der Reihe von Anordnungen erstreckt. Dieser Zeilenleiter kann durch von den Kontaktflächen 30 der Anordnungen getrenntes Abscheiden gebildet und damit verbunden oder zur Erleichterung und Vereinfachung der Herstellung kann er aus derselben abgeschiedenen Schicht zur Bildung der Kontaktflächen 30 definiert werden. Die Kontaktflächen können diskrete Anteile des Zeilenleiters enthalten.

Während des Anodisierverfahrens werden die Enden der Zeilenleiter als Kontakte verwendet und mit einer Spannungsquelle verbunden.

Eine Flüssigkristallanzeigeanordnung mit einer Gruppe von MIM- Anordnungen wird nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert, die die Schaltungskonfiguration eines Teiles der Anordnung mit einigen typischen Bildelementen und ihren zugeordneten MIM-Anordnungen bzw. einem Querschnitt durch einen kleinen Anteil dieses Teils der Anordnung zur Veranschaulichung ihres Aufbaus darstellen.

Die Anordnung enthält eine Zeilen- und Spaltenmatrixgruppe einzelner Bildelemente 10, von denen nur zwölf in Fig. 2 der Einfachheit halber dargestellt sind. In der Praxis kann es 100.000 oder mehr Elemente geben.

Jedes Element 10 wird von einem Elektrodenpaar auf den einander zugewandten Oberflächen von zwei im Abstand voneinander liegenden Glassubstraten 12 Lind 14 mit zwischenliegendem TN-Flüssigkristallmaterial 16 definiert. Das Substrat 14 trägt die Gruppe von MIM-Anordnungen, hier mit der Bezugsziffer 24. Außerdem trägt das Substrat 14 eine Gruppe einzelner im allgemeinen rechteckiger Bildelementelektroden 18 aus transparentem ITO in Zeilen und Spalten und sie definieren einzelne Bildelemente 10.

Das Substrat 12 trägt eine Gruppe im Abstand voneinander liegender parallel Spaltenadreßleiter 20, von denen Anteile an den Stellen, an denen sie auf Bildelementelektroden 18 liegen, die anderen Elektroden der Elemente bilden.

Die Bildelementelektroden 18 aller Bildelemente in derselben Zeile werden auf dem Substrat 14 mit einem einer Gruppe paralleler Zeilenadreßleiter 22 verbunden (Fig. 2), die sich geradwinklig zu den Spaltenleitern 20 über ihre zugeordneten reihengeschalteten MIM-Anordnungen 24 erstrecken. Obgleich nur eine MIM- Anordnung für jedes Bildelement dargestellt ist, können zwei oder mehrere MIM- Anordnungen auf bekannte Weise bei jedem Bildelement verwendet werden.

Die einzelnen Bildelemente 10 werden auf herkömmliche Weise unter Verwendung von Abtastsignalen an jeden Zeilenleiter 22 der Reihe nach und von Videodatensignalen auf geeignete Weise und synchron an die Spaltenleiter 20 zum Modulieren von Lichtübertragung durch die Bildelemente entsprechend der Videoinformation adressiert. Die Elemente werden typisch unter Verwendung einer angelegten Spannung ziwschen 11 und 15 Volt gesteuert. Sie werden auf der Basis einer Zeile zugleich angeregt, um ein Anzeigebild aufzubauen, zum Beispiel ein Fernsehbild auf einer Kontaktfläche.

Die Anzeigeanordnung und ihr Betrieb sind gleich denen der bekannten Anzeigeanordnungen unter Verwendung von nichtlinearen Schaltelementen vom MIM- Typ. Dementsprechend ist die obige Beschreibung des Betriebs und der Anordnung vorsätzlich kurzgehalten. Für weitere Auskunft sei auf die bereits erwähnten Beschreibungen verwiesen, deren Inhalt in dieser Hinsicht als Bestandteil dieser Anmeldung anzusehen ist.

Insbesondere in Fig. 2 ist jede MIM-Anordnung 24 seitlich der anschließend definierten ITO-Bildelektrode 18 angeordnet. Die Kontaktflächen 30 der MIM-Anordnungen 24 werden als Ausläufer gebildet, die sich von den Zeilenleitern 22 (in Fig. 2 nicht sichtbar) und integral damit durch geeignete Definition einer gemeinsamen Tantalschicht gebildet. Eine Schicht aus Isoliermaterial 44 wie Siliziumnitrid wird vollständig auf den MIM-Anordnungen 24, die Zeilenleiter 22 und die restlichen exponierten Gebiete des Substrats 14 abgeschieden. Die ITO-Elektroden 18 werden auf dieser Schicht 44 definiert und mit integralen Überbrückungsstreifen 45 gebildet, die sich über die zugeordnete MIM-Anordnung erstrecken und den Kontakt mit der oberen Leitschicht 34 durch in die Schicht 44 auf der Schicht eingeätzte Fenster herstellen.

Die exponierte Oberfläche der Struktur wird darauf mit einer Flüssigkristallorientierungsschicht 36 auf bekannte Weise beschichtet.

Die Spaltenleiter 20 und eine Orientierungsschicht 38 werden auf herkömmliche Weise auf dem Substrat 12 angebracht.

Die benutzten Werkstoffe für die zwei Leitschichten der MIM-Anordnungen können sich von dem besonderen oben beschriebenen Beispiel unterscheiden. Zum Beispiel kann Aluminium für die erste Schicht verwendet werden. Die zweite Leitschicht 34 kann aus Wolfram, Nichrom, Gold oder ITO hergestellt werden.

In einem vereinfachten Anzeigeanordnungsaufbau unter Verwendung der Anordnungen gleich denen nach Fig. 1D wird eine durchgehende Siliziumoxynitridschicht auf den Kontaktflächen 30, den Zeilenleitern und wenigstens benachbarten exponierten Gebieten des Substrats 14 abgeschieden. Die Bildelementelektroden 18 werden darauf auf dieser Schicht aus Siliziumoxynitrid unter Verwendung von ITO zusammen mit integralen Überbrückungsstreifen definiert, die sich von den Elektroden 18 über das Siliziumoxynitridmaterial zur Bedeckung einer benachbarten Kontaktfläche erstrecken. In diesem Fall besteht die MIM-Anordnung aus einer Kontaktfläche 30 und aufliegenden Anteilen der Siliziumoxynitrid- und ITO-Werkstoffe. An sich wird die zweite Leitschicht der Anordnung integral mit der Elektrode 18 gebildet.

Bei Verwendung von Siliziumoxynitrid als dielektrische Dünnfilmschicht in der obigen Herstellung weisen die MIM-Anordnungen nichtlineare Kennlinien im Betrieb auf, was sich insbesondere für Flüssigkristallanzeigeanordnungen eignet. Sie haben ein fast exponentielles Verhältnis zwischen dem Strom und der angelegten Spannung und können bei weitgehender Multiplexierung mit dem erforderlichen Tastverhältnis für Fernsehwiedergabezwecke arbeiten. Da das Siliziumoxynitrid eine niedrige dielektrische Konstante hat, ist ihre Streukapazität sehr niedrig im Vergleich zur Kapazität ihres zugeordneten Bildelements 10.

In Fig. 4 sind graphisch die erwarteten elektrischen Kennlinien der MIM- Anordnung dargestellt, wobei die angelegte Spannung V im Bereich der Spannungen beim Einsetzen der MIM-Anordnung in der Anzeigeanordnung gegen das Loch der Stromdichte (J) in Ampere je Quadratzentimeter durch die Anordnung in einem Ausführungsbeispiel der Anordnung aufgetragen, in dem die Siliziumoxynitridschicht eine Dicke von 40 nm hat und in dem ununterbrochen statt pulsierend Gleichspannung verwendet wird.

Wie bereits erwähnt wird jedoch berücksichtigt, daß auch andere Isolierwerkstoffe zur Bildung der Schicht 32 verwendbar sind, beispielsweise nichtstoichiometrisches Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Herstellen einer MIM-Anordnung mit den Schritten der Abscheidung einer Dünnfilmschicht aus Isoliermaterial auf einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht in Überlagerung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitschicht aus anodisierbarem Material besteht, und daß nach dem Abscheiden der Isolierschicht auf der ersten Leitschicht und von dem Abscheiden der zweiten Leitschicht die Struktur eine Anodisierbehandlung erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitschicht Tantal enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitschicht Aluminium enthält.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht Siliziumoxynitrid enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumoxynitridmaterial durch Plasmaabscheidung angebracht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodisierspannung geringer ist als die Spannung, bei der die fertiggestellte MIM-Anordnung im Betrieb gesteuert werden soll.

7. Verfahren zum Herstellen einer Gruppe von MIM-Anordnungen auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die MIM-Anordnungen unter Verwendung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüchen hergestellt werden, wobei die MIM-Anordnungen in der Gruppe gleichzeitig hergestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die MIM- Anordnungen in Reihen angeordnet werden, wobei die Anordnungen jeder Reihe an einen jeweiligen gemeinsamen Zeilenleiter angeschlossen werden, wobei die Zeilenleiter vor dem Abscheiden der zweiten Leitschichten der MIM-Anordnungen hergestellt und als Kontakte in der Anodisierbehandlung verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenleiter und die ersten Leitschichten der MIM-Anordnungen auf einer einzigen Schicht aus abgeschiedenem Werkstoff hergestellt werden.







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