CN100440016C - 液晶显示设备及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示设备及其制造方法。一种液晶显示设备，包括：彼此交叉排列的选通线、第一数据线和第二数据线，由此限定单元像素区；薄膜晶体管，置于选通线、第一数据线和第二数据线相交叉的区域处，并且在露出的沟道层上具有钝化层；公共线，平行于所述选通线设置；与所述公共线一体形成的第一存储电极，用来在所述单元像素区中形成存储电容；第二存储电极，设置为与所述第一存储电极相交叠；从所述第一存储电极分支出并置于所述单元像素区中的多个公共电极；以及从所述第二存储电极分支出并与所述多个公共电极交替设置的多个像素电极。

Description

液晶显示设备及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示设备及其制造方法，更具体地，涉及一种能够减少制造LCD所需要的工艺并能够获得存储电容从而提高显示质量的液晶显示设备及其制造方法。
背景技术
液晶显示模块作为信息显示设备变得日益重要。阴极射线管(CRT)在性能上具有优势且至今已得到广泛应用。然而，CRT显示设备在小型化和便携性方面还有缺点。
为了克服CRT的这些缺点，引入了液晶显示设备(LCD)。LCD具有很多优点，例如轻、薄以及小，并且具有高亮度和大屏幕。LCD还具有低功耗和低价格。
与其他平板显示设备相比，LCD具有优异的显示分辨率，并且当显示运动图像时，与CRT相比，LCD具有快速响应速度。
人们已经研究了LCD技术以开发克服窄视角的LCD，并且提出了各种方案，例如面内切换模式(IPS)以及光学补偿双折射模式(OCB)。
在IPS模式的LCD中，两个电极形成在同一基板(即，底基板)上。由于两个电极在其间提供电压，所以在对于基板而言的水平方向上产生电场以从基板水平地驱动液晶分子。
因此，在IPS模式中，液晶分子主轴并未如在扭转向列(TN)模式中那样出现在对基板而言的垂直方向上。
结果，因为根据视角，IPS模式LCD具有很小的液晶双折射率变化，因此与TN模式LCD相比，IPS模式LCD具有优异的视角。
底基板通常称为薄膜晶体管(TFT)基板，并且采用五次或六次掩模工艺来制造TFT基板。掩模工艺数量直接关乎LCD的制造成本。已经采用利用四掩模工艺来制造LCD的方法。
图1是根据现有技术的IPS模式LCD的平面图。
如图1所示，由彼此交叉排列的选通线11和数据线13来限定单元像素区。选通线11接收驱动信号，而数据线13接收数据信号。
公共线17平行于选通线11排列，并与选通线11分开预定差距。在选通线11和数据线13相交叉的交叉区上设置薄膜晶体管(TFT)作为开关元件。
在单元像素区中，以狭缝形式分支出多个公共电极18，并且多个像素电极19与公共电极18交替排列。公共电极18和像素电极19分开预定距离。
该多个公共电极18排列在单元像素区处并从第一存储电极17b延伸出。该第一存储电极与公共线17一体形成。
像素电极19从第二存储电极15延伸出，其形成在第一存储电极17b上以与第一存储电极17b相交叠。
选通焊盘11a形成在选通线11的边缘，而由透明金属制成的选通接触焊盘21形成在选通焊盘11a上。
数据焊盘13a形成在数据线13的边缘，而由透明金属制成的数据接触焊盘23形成在数据焊盘13a上。附图标记17a表示公共焊盘。
图2A至2D是沿线I-I’截取的图1的剖视图，用来说明根据现有技术制造LCD的方法。
参照图2A，在绝缘基板10上淀积金属层。通过刻蚀工艺同时形成选通线11、选通焊盘11a以及栅极3和公共线17。
公共线17用作第一存储电极17b，以在图1所示的单元像素区中形成存储电容Cst。
在形成选通线11后，在绝缘基板10的整个表面上形成栅绝缘层2。
然后，如图2B所示，在绝缘基板10上依次形成非晶硅层4、掺杂非晶硅层5以及金属层7。
将光刻胶涂覆在绝缘基板10的整个表面上，并且利用衍射曝光形成半色调图案。
如图2C所示，沿半色调图案进行两次刻蚀工艺以同时形成沟道层4a、欧姆接触层5a、源极13/漏极14以及数据线13。
如图1所示，不另外对源极13进行构图或刻蚀，而将在选通线11的交叉区处的数据线13用作源极13。
如图2D所示，当TFT形成在绝缘基板10上时，在绝缘基板10的整个表面上形成钝化层9。
在形成钝化层9后，进行接触孔工艺以露出漏极14、选通焊盘11a、数据焊盘13a以及公共焊盘17b的预定部分。
然后，将透明金属淀积在绝缘基板10上，一体形成像素电极19和第二存储电极15，以与第一存储电极17b相交叠。
如图1所示，选通接触焊盘21和数据接触焊盘23分别形成在选通焊盘11a和数据焊盘13a上。
然而，由于栅绝缘层2和钝化层9形成在第一存储电极17b和第二存储电极15之间，因此图1中示出的LCD中非常难以获得存储电容Cst。
如果如在现有技术中一样不能充分获得存储电容Cst，则LCD显示质量下降。因此，第一存储电极17b和第二电极15之间的距离必须很短以充分获得存储电容Cst。另外，需要减少掩模工艺的数量来降低LCD的制造成本。
发明内容
因此，本发明涉及一种液晶显示设备及其制造方法，其根本上排除了由于现有技术的局限和缺点导致的一个或更多个问题。
本发明的一个优点是提供一种LCD及其制造方法，用来减少掩模工艺的数量并充分获得存储电容。
本发明的另一优点是提供一种LCD及其制造方法，用来减少掩模工艺的数量从而最小化电极的台阶差(step difference)以减弱漏光缺陷。
本发明另外的特征和优点将在下面的说明中给出，并部分地将根据说明变得显见，或者可以通过实践本发明来习得。本发明的目的和其他优点可以通过在书面说明书及其权利要求书以及附图中具体指出的结构和方法实现并获得。
为了获得这些和其它的优点，并且根据本发明的目的，正如这里具体实施及广泛描述的，提供了一种LCD，包括：彼此交叉排列的选通线、第一数据线和第二数据线，由此限定了单元像素区，其中第一数据线和第二数据线相交叠；薄膜晶体管，置于选通线、第一数据线和第二数据线相交叉的交叉区处，并且在露出的沟道层上具有钝化层；公共线，与选通线平行设置；与公共线一体形成的第一存储电极，用来构成单元像素区中的存储电容；第二存储电极，设置为与第一存储电极相交叠；从第一存储电极分支出并位于单元像素区处的多个公共电极；以及从第二存储电极分支出并与多个公共电极交替设置的多个像素电极。
在本发明的另一方面中，提供了一种制造LCD的方法，包括：第一掩模工艺，用来在绝缘基板上形成选通线、选通焊盘、栅极以及公共线；第二掩模工艺，用来在绝缘基板上形成有栅极的区域中依次形成栅绝缘层、非晶硅层、掺杂非晶硅层以及金属层，并且用来通过半色调工艺形成第一数据线和沟道层；第三掩模工艺，用来在栅绝缘层上形成有沟道层的区域中形成透明金属层，并且用来通过刻蚀工艺同时形成接触焊盘、第二数据线、薄膜晶体管电极、欧姆接触层以及像素电极；以及等离子体工艺，用来在薄膜晶体管的沟道层上形成钝化层。
应当理解的是以上一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供对权利要求所述的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明进一步的理解，其被并入且构成说明书的一部分，示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据现有技术的IPS模式LCD的平面图；
图2A至2D是沿线I-I’截取的图1中IPS模式LCD的剖视图，用来示出根据现有技术的LCD制造方法；
图3是根据本发明实施例的IPS模式LCD的平面图；
图4A是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出第一掩模工艺；
图4B是图3的平面图，用来示出第一掩模工艺；
图5是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出部分第二掩模工艺；
图6是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出部分第二掩模工艺；
图7A是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出部分第二掩模工艺；
图7B是图3的平面图，用来示出部分第二掩模工艺；
图8是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出部分第三掩模工艺；
图9是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出部分第三掩模工艺；
图10A和10B是沿线II-II’截取的图3的剖视图和图3的平面图，用来示出等离子体工艺；以及
图11是沿线III-III’截取的图3的剖视图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，其示例示于附图中。只要可能，就在全部附图中采用相同的附图标记表示相同或相似的部分。
图3是根据本发明实施例的IPS模式LCD的平面图。
如图3所示，由彼此交叉排列的选通线111和数据线来限定单元像素区。选通线111接收驱动信号，而数据线包括用来接收数据信号的第一数据线113和第二数据线123。第一数据线113和第二数据线123可以彼此交叠。
第一数据线113是不透明金属，并且在沿半色调图案形成沟道层时形成该第一数据线113。第二数据线123是当通过淀积透明金属形成像素电极119时被构图为与第一数据线113相交叠的线。
因此，数据线是包括第一数据线113和第二数据线123的双层结构。
形成公共线117并使其与选通线111分开预定距离。薄膜晶体管(TFT)形成在选通线111和第一数据线113以及第二数据线123相交叉的交叉区中。TFT可以是开关元件。
在单元像素区内，以狭缝形式分支出多个公共电极118和多个像素电极119，并且它们交替排列以彼此分开预定距离。
公共电极118从第一存储电极117b分支出并进入单元像素区，并与第一数据线113和第二数据线123平行。第一存储电极117b与公共线117一体形成。
像素电极119也从与第一存储电极117b交叠的第二存储电极115分支出并形成在第一存储电极117b上方。
在本发明示例实施例中，由于通过三次掩模工艺形成像素电极119，因此第一存储电极117b延伸至薄膜晶体管的漏极区并且与漏极电连接。
类似于第一数据线113和第二数据线123，薄膜晶体管的漏极可以由两个电极层形成。
选通焊盘111a形成在选通线111的边缘。由透明金属制成的选通接触焊盘121形成在选通焊盘111a上。
第一数据焊盘113a形成在第一数据线113的边缘，并且形成由透明金属制成的第二数据焊盘123a以与第一数据焊盘113a交叠。与第一数据线113相交叠的第二数据线123的第二数据焊盘123a形成在第一数据焊盘113a上作为接触焊盘。附图标记117a表示公共焊盘。
如上所述，根据本实施例在获得存储电容Cst的同时将用于制造LCD的工艺数量减少至三次掩模工艺。
图4A是沿线II-II’取的图3的剖视图，而图4B是图3的平面图，它们用来示出根据本发明实施例的第一掩模工艺。
如图4A所示，在根据本实施例的第一掩模工艺中，在绝缘基板110上淀积金属层。通过光刻工艺对金属层进行构图，并且进行刻蚀工艺以同时形成选通线111、选通焊盘111a、栅极103以及公共线117。
如图4B所示，公共线117用作第一存储电极117b以在单元像素区内形成存储电容Cst。
在绝缘基板110上形成选通线111。公共线117形成为与选通线111平行。从与公共线117一体形成的第一存储电极117b分支出多个公共电极118。附图标号117a为公共焊盘。
当形成选通线111时，如图5所示进行第二掩模工艺。
图5是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出在第二掩模工艺中光刻胶的构图工艺。如图所示，在绝缘基板110的整个表面上依次形成栅绝缘层102、非晶硅层104、掺杂非晶硅层105以及金属层107。
接着，在绝缘基板110上涂覆光刻胶，并且采用半色调掩模200进行曝光工艺。半色调掩模200包括全透层201、半透层202以及不透层203。
当采用半色调掩模200之后对经曝光的光刻胶进行显影时，将半色调图案250形成在绝缘基板110上。
半色调图案250包括：与全透层201对应的全曝光区，其中没有光刻胶保留；与半透层202对应的半曝光区，其中留有薄的光刻胶图案；以及与不透层203对应的未曝光区，其中保留全部光刻胶。与未曝光区中的光刻胶图案相比，在半曝光区中光刻胶具有更薄的图案。
在绝缘基板110上形成半色调图案250后，如图6、7A和7B所示依次进行刻蚀工艺。
图6是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出在第二掩模工艺中的第一刻蚀工艺。图7A和7B是沿线II-II’截取的图3的剖视图和图3的平面图，用来示出在第二掩模工艺中的第二刻蚀工艺。
如图6所示，利用绝缘基板110上形成的半色调图案250对全曝光区(为图6中的选通焊盘区)进行刻蚀，以依次刻蚀金属层107、掺杂非晶硅层105以及非晶硅层104。在刻蚀全曝光区的同时，去除半曝光区上的光刻胶。
然后，沿绝缘基板110上的剩余半色调图案250进行第二刻蚀工艺，以依次刻蚀金属层107、掺杂非晶硅层105以及非晶硅层104。于是，同时形成第一数据线113、第一漏极114以及沟道层104a。
通过沿沟道层104a上的半色调图案250、掺杂非晶硅层105、第一数据线113以及第一漏极114进行第二刻蚀工艺在未曝光区上形成沟道层104a。
图7B示出了在图7A的刻蚀工艺之后在绝缘基板110上形成的图案。沟道层104a中的第一数据线113为源极，并且第一数据线113电连接至第一漏极114。
第一数据线113与选通线111交叉来限定单元像素区。形成第一漏极114以连接至位于选通线111和第一数据线113相交叉的交叉区的第一数据线113。附图标记113a表示第一数据焊盘。
第一刻蚀工艺还去除形成在选通焊盘111a和公共焊盘117a上的栅绝缘层102。因此，露出选通焊盘111a和公共焊盘117a。因此，栅绝缘层102保留在除选通焊盘111a和公共焊盘117a区域外的绝缘基板110上。
在进行第二掩模工艺之后，如图8、9、10A和10B所示进行第三掩模工艺。
图8是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出在第三掩模工艺中光刻胶的构图工艺。图9是沿线II-II’截取的图3的剖视图，用来示出在第三掩模工艺中刻蚀之后的等离子体工艺。图10A和10B是沿线II-II’截取的图3的剖视图和图3的平面图，用来示出等离子体工艺。
如图8所示，去除绝缘基板110上的剩余半色调图案250，并且将ITO透明层112淀积在绝缘基板110的整个表面上。
将光刻胶涂覆在淀积有ITO透明金属层112的绝缘基板110上。通过曝光工艺和显影工艺对光刻胶进行构图以形成经构图的光刻胶260。
如图9所示，沿经构图的光刻胶260进行刻蚀工艺，以形成由透明金属制成的第二数据线123以及第二漏极124。在像素区，形成与第二漏极124一体形成的第二存储电极。还形成像素电极119。
在第二数据线123和第二漏极124之间的沟道层104a的区域上进行刻蚀工艺以分开第一数据线113和第一漏极114。
对第二数据线123和第二漏极124之间的分离区进行刻蚀以形成欧姆接触层105a。同时，对沟道层104a开孔。对选通焊盘111a中的透明金属层进行刻蚀以形成选通接触焊盘121。
因此，第一数据线113和第二数据线123彼此接触的同时彼此交叠。第一数据线113和第二数据线123在面向第一漏极114和第二漏极124的区域中可用作第一源极113和第二源极123。
第一源极113，即第一数据线，是由诸如铝、钼或其合金的不透明金属制成的。第二源极123，即第二数据线，可以由透明金属制成并在第一源极113上方与第一源极113相交叠。
第一漏极114是由诸如铝、钼或其合金的不透明金属制成的，而第二漏极124是由透明金属制成并在第一漏极114上方与第一漏极114相交叠。
第二漏极124、第二存储电极115以及像素电极119连在一起。
在对沟道层104a的区域开孔后，采用O2等离子体工艺在薄膜晶体管的沟道层104a上形成钝化层300。O2等离子体与沟道层104a的硅成分反应以在外露的沟道层104a上形成包括SiOx的钝化层300。
在1998年11月7日的第84卷应用物理期刊(Journal of AppliedPhysics)3933-3999页上公开了一种局部淀积O2等离子体以在淀积区上形成钝化层的方法。
根据本实施例，在采用应用物理期刊上公开的O2等离子体工艺淀积钝化层后不必进行另外的掩模工艺，就可以制造LCD。
可以在剥离经构图的光刻胶之前或之后针对薄膜晶体管形成钝化层300。
当在光刻胶剥离工艺后形成配向层时，钝化层300防止沟道层104a中的杂质渗透。因此，形成钝化层300以保护薄膜晶体管的特性。
在沟道层104a上形成钝化层300后，进行剥离工艺来去除经构图的光刻胶260。钝化层300保护沟道层104a免受剥离工艺的破坏。
参照图10B，由透明金属制成的第二数据线123与第一数据线113相交叠，并且第一数据线113的第一数据焊盘113a与第二数据线123的第二数据焊盘123a相接触。因此，第二数据焊盘123a用作第一数据焊盘113a的数据接触焊盘。
第二漏极124与第一漏极114相交叠，并且选通接触焊盘121形成在选通焊盘111a上。
根据本发明，仅利用三次掩模工艺而无需进行另外的钝化层形成工艺就可以制造LCD。因此，简化了LCD的制造工艺。
此外，由于仅栅绝缘层102存在于第一存储电极117b和第二存储电极115之间，因此与现有技术通过四掩模工艺制造的LCD的存储电容相比可以获得更大的存储电容Cst。
图11是沿线III-III’截取的图3的剖视图。
如图11所示，绝缘基板110上的多个公共电极118分开预定距离。像素电极119排列在公共电极118上并与公共电极118交替排列，同时栅绝缘层102夹在公共电极118和像素电极119之间。
在公共电极118的一侧，设置有第一数据线113和第二数据线123。由于沿半色调掩模200同时形成第一数据线113和第二数据线123，所以非晶硅层104和掺杂非晶硅层105保留在第一数据线113和栅绝缘层102之间。
第一数据线113和第二数据线123电连接。第二数据线123可由ITO透明金属(与用于像素电极119的金属相同)制成。
在对第一数据线113进行构图后，通过沿第一数据线113对透明金属进行构图来形成第二数据线123。
因此，根据本发明制造LCD的方法减少了进行掩模工艺的次数同时获得了存储电容。于是，提高了LCD的显示质量。
如上所述，在根据本发明的制造LCD的方法中，减少了进行掩模工艺的次数，同时获得了存储电容Cst。而且，避免了由台阶差导致的漏光缺陷。
对于本领域技术人员来说，显然可以在不脱离本发明精神或范围的情况下对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖由所附权利要求及其等同物限定的范围内对发明进行的各种修改和变型。
本申请要求2004年12月30日提交的韩国专利申请第10-2004-0116346号的优先权，在此通过引用并入该申请，如同在此完整地阐述一样。

Claims (17)

1、一种液晶显示设备，包括：
彼此交叉排列的选通线、第一数据线和第二数据线，由此限定了单元像素区，其中第一数据线和第二数据线相交叠；
薄膜晶体管，置于所述选通线、所述第一数据线和所述第二数据线相交叉的交叉区处，并且仅在露出的沟道层上具有钝化层；
公共线，平行于所述选通线设置；
与所述公共线一体形成的第一存储电极，用来在所述单元像素区中形成存储电容Cst；
第二存储电极，设置为与所述第一存储电极相交叠；
多个公共电极，从所述第一存储电极延伸出并位于所述单元像素区中；以及
多个像素电极，从所述第二存储电极延伸出并与所述多个公共电极交替设置。
2、根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第二存储电极延伸至所述薄膜晶体管的漏极区。
3、根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第二数据线、所述第一存储电极、所述第二存储电极以及所述像素电极由透明金属制成。
4、根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述第一存储电极排列为与所述第二存储电极相交叠，在所述第一存储电极和所述第二存储电极之间设置有栅绝缘层。
5、根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中利用O2等离子体工艺来生成所述钝化层。
6、根据权利要求1所述的液晶显示设备，其中所述钝化层为通过与所述沟道层的硅(Si)成分反应而形成的硅氧化物。
7、一种制造液晶显示设备的方法，该方法包括以下步骤：
第一掩模工艺，在绝缘基板上形成选通线、选通焊盘、栅极、公共线以及与所述公共线一体形成的第一存储电极；
第二掩模工艺，在所述绝缘基板上形成有所述栅极的区域中依次形成栅绝缘层、非晶硅层、掺杂非晶硅层以及金属层，并且通过半色调工艺形成第一数据线和沟道层；
第三掩模工艺，在所述栅绝缘层上形成有所述沟道层的区域中形成透明金属层，并且通过刻蚀工艺同时形成接触焊盘、第二数据线、薄膜晶体管电极、欧姆接触层、像素电极以及与所述第一存储电极相交叠的第二存储电极，同时使栅绝缘层介于所述第一存储电极和所述第二存储电极之间；以及
等离子体工艺，在所述薄膜晶体管的沟道层上形成钝化层。
8、根据权利要求7所述的方法，其中所述薄膜晶体管的电极形成为第一源极、第二源极、第一漏极以及第二漏极。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述第一源极和所述第二源极为所述第一数据线和所述第二数据线。
10、根据权利要求8所述的方法，其中所述第一漏极与所述第二漏极接触并彼此交叠。
11、根据权利要求8所述的方法，其中第二漏极与第二存储电极和所述像素电极一体形成。
12、根据权利要求8所述的方法，其中所述第二数据线、所述第二漏极、第二存储电极以及所述像素电极由透明金属形成。
13、根据权利要求7所述的方法，其中所述等离子体具有氧气成分。
14、根据权利要求7所述的方法，其中所述钝化层为通过所述等离子体与所述沟道层的成分起反应而形成的硅氧化物。
15、根据权利要求7所述的方法，其中在所述等离子体工艺中，沿半色调图案进行刻蚀工艺，并且在剥离工艺前进行所述等离子体工艺。
16、根据权利要求7所述的方法，其中在所述等离子体工艺中，沿半色调图案进行刻蚀工艺，并且在剥离工艺后进行所述等离子体工艺。
17、根据权利要求7所述的方法，其中形成在所述沟道层上的所述钝化层保护薄膜晶体管的特性。
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