Transistors `a grille commune
Dans la cas d’une ´etude purement statique des caract´eristiques de transistors et afin de limiter le nombre d’´etapes, on peut garder le plan m´etallique de la grille, on r´ealise ainsi une grille commune pour tous les transistors. Cela implique une modification importante du fonctionnement dynamique du transistor en g´en´erant des condensateurs parasites importants. En outre , dans le cas o`u le nitrure de grille n’est pas tr`es bon, on a un courant de grille impor- tant et on pourrait avoir l’effet de pointes qui peut engendrer une destruction des transistors pendant leurs caract´erisations.
Inversement des masques M2et M3
Pour la fabrication de TFTs, on peut inverser l’ordre d’utilisation des masques M2et M3,
c’est `a dire graver d’abord le silicium N+ et le silicium microcristallin, avant de d´eposer le m´etal pour les contacts drain et source. Cet inversement permet de r´eduire la marche entre les deux niveaux : m´etal de la grille et m´etal de drain et de source car cette marche est li´ee directement `a la qualit´e du via (une couche via d’´epaisseur importante est n´ecessaire pour une marche importante).
Figure 3.11 montre en d´etail cet inversement de masque.
Ordre M2 M3 Drain Source Grille Ordre M3 M2 Drain Source Grille Cr Verre SiN µSi N+
Figure 3.11 – Inversement de masques M2et M3.
Il faut noter que dans cet inversement de masques, la proc´edure de gravure du silicium N+ et du silicium microcristallin avant le d´epˆot de m´etal drain source cr´ee une couche tr`es mince de silice 7 `a la surface de N+, ce qui a pour effet d’augmenter la r´esistance d’acc`es. 7La lithographie, le d´eveloppement de la r´esine et le recuit dans le four sont des conditions favorables pour
Un traitement (soit une gravure RIE, soit un nettoyage par acide HCl) de la surface de N+ est alors n´ecessaire.
Overlap pour lithographie
Pour assurer que le canal du transistor n’est pas coup´e du fait d’un d´efaut d’alignement des masques lors de la photolithographie, on r´ealise un overlap de dimension sup´erieure `a la pr´ecision minimale de la machine de lithographie. Cet overlap ne doit pas ˆetre trop grand, car il a un rˆole n´efaste sur le comportement dynamique des transistors en ajoutant des capacit´es parasites.
La r´esolution de la machine de lithographie utilis´ee est g´en´eralement de 1 µm 8, nous
avons choisi un overlap de 2.5 µm sur le jeu de masques.
Post-traitement sur les transistors
Il y a plusieurs m´ethodes de post-traitement sur les transistors apr`es la r´ealisation. Le principal objectif est d’´eliminer ou du moins de fortement restreindre le ph´enom`ene de ca- nal arri`ere. En effet les traitements lors des diff´erentes ´etapes (plus particuli`erement la gra- vure) peuvent introduire des impuret´es sur la surface sup´erieure du silicium microcristallin cr´eant via un dopage un canal arri`ere et donc un second transistor TFT parasite. Le post- traitement standard est le recuit thermique dans un four ou dans un plasma d’hydrog`ene pen- dant quelques heures `a une temp´erature ´egale `a celle du d´epˆot des couches. D’autres ´equipes de recherche font le post-traitement dans une enceinte sous pression de type “cocotte minute” avec une humidit´e contrˆol´ee [15] `a pression 1.3 106Papendant 3 h et ils arrivent `a am´eliorer tr`es consid´erablement la performance du transistor.
R´esistance d’acc`es
On peut estimer la r´esistance d’acc`es des contacts de drain et de source au canal, par la formule R = ρ/S dans laquelle la r´esistivit´e ρ du silicium microcristallin est de l’ordre de 104− 106Ω.cm ; : l’´epaisseur de la couche de silicium microcristallin qui est de l’ordre de
la formation de la couche de silice sur le silicium N+.
8En industrie ´electronique grande surface, la r´esolution est meilleure. Nous allons prendre 1 µm comme
200 nm et S : la surface d’overlap entre les contacts et le canal qui est de l’ordre de 100 x 20 µm.
Racces ≈ ρ
200.10−6
100.20.10−6 = 10 kΩ `a 1 MΩ
Cette valeur de r´esistance d’acc`es est assez nuisible pour le fonctionnement des tran- sistors. Elle fait diminuer consid´erablement la mobilit´e globale. Pour r´eduire la r´esistance d’acc`es, nous avons propos´e un changement dans nos ´etapes technologiques comme montr´e dans la figure 3.12. Drain Source Grille Verre Drain Source Grille Cr SiN µSi N+ µSi
(Techno originale) (Techno modifiée)
Figure 3.12 – Changement de technologie pour r´eduire la r´esistances d’acc`es.
Cette approche nous pose malgr´e tout un certain nombre de probl`emes. Elle n´ecessite, tout d’abord, 2 ´etapes de d´epˆots de couches minces au LPICM, s´epar´ees par 2 ´etapes de lithographie m´etallique r´ealis´ees en salle blanche. En outre dans ce cas, l’encapsulation est encore plus n´ecessaire car la r´esine ne prot`ege pas le silicium microcristallin.
Couche intrins`eque mixte deµc-Si et amorphe
Le transistor r´ealis´e en silicium amorphe poss`ede un tr`es bon courant de fuite et le d´epˆot se fait `a une vitesse assez grande par rapport `a celle du silicium microcristallin (5–6 Å/s vs 1 Å/s). Par cons´equent, nous pouvons r´ealiser une couche intrins`eque mixte qui est en silicium microcristallin en bas (`a une ´epaisseur minimale pour assurer que la croissance atteint la fraction cristalline correcte) et en silicium amorphe en haut. Cette structure a des avantages :
– Profiter partiellement du courant OFF faible du transistor amorphe. – Temps de r´ealisation rapide grˆace `a la vitesse de d´epˆot int´eressante.
– La gravure du canal arri`ere peut se faire de fac¸on plus contrˆolable (car la couche de- vient plus ´epaisse).
Malgr´e ces avantages, cette structure pr´esente des inconv´enients. La r´esistance d’acc`es devient plus importante et la mobilit´e globale devient plus faible.
Choix de l’isolant de grille
Le choix de l’isolant de grille est lui aussi un param`etre technologique important. Notre objectif est de r´ealiser un transistor TFT en silicium microcristallin le plus proche possible technologiquement des transistors amorphes. Nous avons donc r´ealis´e principalement des transistors avec du nitrure SiNx comme isolant de grille. L’utilisation de la silice SiO2 est
une autre alternative possible, des travaux sont d’ailleurs en cours avec l’´equipe de Monsieur FORTUNATO du CNR.
Technologie de type “Top Gate”
Nous pouvons utiliser le mˆeme jeu de masques pour r´ealiser des transistors de type “Top Gate”, c’est `a dire avec grille au dessus. La structure de transistor top gate avec les mˆemes masques est montr´ee dans la figure 3.13.
SiN µSi Source Drain Grille N+ Verre
Figure 3.13 – Structure TFT top gate avec le mˆeme jeu de masques.
Les masques utilis´es sont : le masque M3 pour le drain et source, le masque M1 pour la
grille et le masque M4pour la passivation (voir figure 3.6 pour les masques).
On d´epose d’abord le chrome des contacts drain et source puis le silicium dop´e N+ −→ lithographie avec le masque M3drain – source, gravure RIE et ensuite chrome etch −→ d´epˆot
du silicium microcristallin, du nitrure de silicium et du m´etal de grille −→ lithographie avec le masque de M1 grille et chrome etch −→ lithographie avec le masque de passivation −→
d´epˆot de chrome pour les contacts −→ lift-off de la r´esine9.
9Cette figure montre une simplification pour faciliter l’explication. En r´ealit´e, le masque de passivation n’est
Transistor type P
Le transistor de type P sera r´ealis´e avec la mˆeme structure que le transistor type N. Au lieu d’injecter avec le silane SiH4 le gaz phosphine PH3, on injecte le gaz diborane B2H6
pendant le d´epˆot de la couche de silicium dop´e (P+ au lieu de N+).