CN101442028B - 平面显示器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面显示器的制造方法，其是使用相同的一道光掩膜，在显示基板上制作出接触孔及画素电极的图样，进而减少平面显示器制作过程中所需要的光掩膜数目，以达到降低生产成本的目的。

Description

平面显示器的制造方法 

技术领域

本发明涉及一种平面显示器的制造方法，尤指一种使用光掩膜数目较少的平面显示器的制造方法。 

背景技术

目前的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquidcrystal display，TFT LCD)制造技术是使用五道光掩膜，以分别制作出栅极金属层、半导体层、源极/漏极金属层、接触孔以及画素电极的图样。其中，接触孔为介电层中容许源极/漏极金属层与画素电极电性连接的孔洞。 

图1A至图1H绘示部分公知液晶显示器的制造方法流程。请参考图1A，其显示传统以第四道光掩膜制作接触孔(图中未示)的剖面示意图。显示基板1是先经过多道光掩膜的制造方法而制作出。其中，在玻璃基板11上利用第三道光掩膜(图中未示)制作出源极/漏极金属层14图样，之后再于玻璃基板11的表面制作一介电层15，以保护其下的电路结构。其后，于介电层15上涂布一层光刻胶16，此光刻胶16为正型光刻胶，即，光刻胶16吸收光能之后可被显影剂移除。在显示基板1制作完成之后，随后利用光源3以及第四道光掩膜2，对显示基板1进行一曝光工艺。上述第四道光掩膜2包括一透明石英基板21以及配置于透明石英基板21上的一铬膜22，而未覆盖铬膜22区域的形状即为接触孔的图样。而当光源3照射第四道光掩膜2时，部分光线无法穿透有覆盖铬膜22的区域处，而仅穿透未覆盖铬膜22的区域处。因此，对应第四道光掩膜2上覆盖铬膜 22区域处的A部分光刻胶16未照射到光线，而仅有对应第四道光掩膜2上未覆盖铬膜22区域处的B部分光刻胶16可受到光线照射。 

请参考图1B，其显示经上述曝光工艺之后，又经显影剂(图中未示)浸泡的显示基板1。如图中所示，显影剂仅移除B部分的光刻胶16而保留A部分的光刻胶16。 

请参考图1C，其显示经上述显影工艺之后，又经浸泡刻蚀液(图中未示)一段时间以形成接触孔151、152的显示基板1。光刻胶16覆盖处的介电层15，即A部分的介电层15是被保护而不会被刻蚀液侵蚀，因此仅有其上方无光刻胶16覆盖的介电层15，即B部分的介电层15及/或绝缘层13被刻蚀液移除，致使源极/漏极金属层14及与门极金属层12裸露。 

请参考图1D，其显示经上述刻蚀工艺之后，将光刻胶16移除的显示基板1。 

请参考图1E，其显示传统以第五道光掩膜制作画素电极的剖面示意图。在移除光刻胶16之后，显示基板1上会通过物理气相沉积(physicalvapor deposition，PVD)沉积一层画素电极层17，通常画素电极层17的材料为铟锡氧化物(ITO)。之后，再次涂布一层光刻胶层18。请注意B部分的画素电极层17是直接电性连接源极/漏极金属层14与门极金属层12。其后的曝光过程是与图1A类似，相异之处在于图1E使用的光掩膜是为第五道光掩膜4，且透明石英基板41上覆盖的铬膜42的形状是画素电极的图样，而未覆盖铬膜42的D部分下方的光刻胶层18将可吸收光能。 

请参考图1F，其显示以第五道光掩膜曝光后，再经显影剂(图中未示)浸泡的显示基板1。如图中所示，显影剂仅移除对应D部分的光刻胶层18，而保留对应C部分的光刻胶层18。 

请参考图1G，其显示经图1F的显影工艺后，又经浸泡刻蚀液(图中未示)一段时间的显示基板1。如图中所示，对应D部分的画素电极层17是被移除。 

请参考图1H，其显示经图1G的刻蚀工艺后，将光刻胶层18完全移除 的显示基板1。至此即完成传统接触孔151，152以及画素电极171，172的制作。 

然而，随着液晶显示器制作尺寸越来越大，光掩膜的成本花费也越来越高。若以传统制造方法制作液晶显示器，则必须使用五道光掩膜而无法降低光掩膜费用，造成液晶显示器制作成本高的缺失。若能利用较少光掩膜的制造方法制作液晶显示器，则势必可减低生产时间以及生产费用。 

发明内容

本发明的一目的就是在提供一种平面显示器的制造方法，以减少制造平面显示器所需使用的光掩膜数目。 

本发明的另一目的在于提供另一种平面显示器的制造方法，致使能以较低成本制造出平面显示器。 

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是： 

一种平面显示器的制造方法，应用于一具有一金属层、一绝缘层及一介电层的显示基板，绝缘层位于金属层及介电层之间，上述制造方法包括下列步骤：于显示基板上形成一第一光刻胶层；利用一光掩膜对第一光刻胶层进行一第一曝光工艺，以在显示基板上形成一第一区域、一第二区域及一第三区域；移除第一区域的部分第一光刻胶层；刻蚀第一区域的部分介电层；移除第一光刻胶层；于显示基板上形成一电极材料层；于电极材料层上形成一第二光刻胶层；利用相同的光掩膜对第二光刻胶层进行一第二曝光工艺；移除第三区域的部分第二光刻胶层；刻蚀第三区域的部分电极材料层；以及移除剩下的第二光刻胶层。 

在本发明的实施例中，于移除该第一光刻胶层之前，更包括移除第一区域的部分绝缘层，以形成一接触孔。 

本发明另一种平面显示器的制造方法，应用于一具有一金属层、一绝缘层及一介电层的显示基板，绝缘层位于金属层及介电层之间，上述制造方法包括下列步骤：于显示基板上形成一光刻胶层；利用一光掩膜对光刻 胶层进行一第一曝光工艺，以在显示基板上形成一第一区域、一第二区域及一第三区域；移除第一区域的部分光刻胶层；刻蚀第一区域的部分介电层；移除第二区域的部分光刻胶层；于显示基板上形成一电极材料层；以及移除剩下的光刻胶层。 

在本发明的实施例中，在移除该第二区域的部分光刻胶层之前，更包括移除第一区域的部分绝缘层，以形成一接触孔。 

上述光掩膜可为一灰阶光掩膜(Gray Scale Mask)，如：半色调光掩膜(Half Tone Mask)、薄膜沉积光掩膜(Thin Layer Coating Mask)或其它形式的灰阶光掩膜。光掩膜可包括一基板、一第一材料层及一第二材料层，基板可为一石英基板，第一材料层及第二材料层配置于基板上以形成一第四区域、一第五区域以及一第六区域。上述第四区域可对应上述第一区域，上述第五区域可对应上述第二区域，而上述第六区域可对应上述第三区域。 

本发明对第一材料层及第二材料层的材质亦无限定，其可为各种形式、种类的光学膜片或其组合以使第一材料层与第二材料层具有不同透光率，较佳为铬膜或多层膜。因此，可使得第四区域、第五区域以及第六区域的透光率皆不相同，较佳为使第五区域的透光率介于第四区域及第六区域的透光率之间。其可通过如下的方法制作：第四区域上形成第一材料层，第五区域上形成第二材料层，而第六区域上则皆没有形成第一材料层与第二材料层。或者，第四区域上皆没有形成第一材料层与第二材料层，第五区域上形成第二材料层，而第六区域上则形成第一材料层。上述制作方法的选择取决于光刻胶层特性。第四区域的形状较佳为接触孔的相似形，而第四区域与第五区域的形状较佳为画素电极的相似形。 

上述光刻胶层可由树脂、感光剂及溶剂以任何比例组成。第一光刻胶层的特性较佳为与第二光刻胶层相异，如：当第一光刻胶层为正型光刻胶时，第二光刻胶层为负型光刻胶；而当第一光刻胶层为负型光刻胶时，第二光刻胶层则为正型光刻胶。 

上述金属层部分可位于第一区域中，在第一曝光工艺之后，可使第一光刻胶层得到足够能量以再经显影及刻蚀工艺后，移除第一区域的部分光刻胶而形成接触孔的图样，并使得第二区域及第三区域的第一光刻胶层无法达到被完全移除的条件。以正型光刻胶来说，完全移除的条件是吸收到足够光能，以负型光刻胶来说，是没有吸收到足够光能。因此经显影工艺后在第二区域仍存有些许厚度的光刻胶可在刻蚀工艺中保护其下结构，并在第三区域存有较第二区域更厚的光刻胶。 

本发明并无限定显影工艺的显影方式，其可使用任何成分的显影剂或任何型态的显影设备。本发明亦无限定刻蚀工艺的刻蚀方式，其可使用湿式刻蚀、等离子体轰击的干式刻蚀或其它任意方式。 

之后，可再以同一光掩膜另行第二曝光工艺定义出画素电极的图样。利用同一光掩膜及与第二光刻胶层进行曝光后，使得第三区域的部分第二光刻胶层在显影工艺中得以被完全移除，而形成画素电极的图样。 

因此，本发明仅使用单一光掩膜即可形成接触孔及画素电极的图样，而不需使用两道光掩膜分别形成接触孔及画素电极的图样，故而减少制造平面显示器所需使用的光掩膜数目及制造成本。 

附图说明

图1A至图1H是公知显示基板的制作过程剖面示意图； 

图2A至图2H是本发明第一较佳实施例的显示基板部分制作过程剖面示意图； 

图3A至图3F是本发明第二较佳实施例的显示基板部分制作过程剖面示意图。 

主要组件符号说明 

显示基板1，6    第四道光掩膜2    光源3 

第五道光掩膜    半色调光掩膜5    玻璃基板11 

4 

栅极金属层                         源极/漏极金属层 

12，62          绝缘层13，63    14，64 

接触孔 

介电层15，65 151，152，651，652    光刻胶层16，18 

画素电极 

画素电极层17 171，172，671，672    透明石英基板21，41 

铬膜22，42      基板51             第二材料层52 

第一材料层53    基材61             第一光刻胶层66 

电极材料层67    第二光刻胶层68     区域E，F，G 

具体实施方式

实施例一 

图2A至图2H显示本发明第一较佳实施例的显示基板部分制作过程剖面示意图。 

首先请参考图2A。其中，所使用的显示基板6是先经传统第三道光掩膜制造方法而制作出源极/漏极金属层64。显示基板6包括一基材61、两金属层62、64及一绝缘层63。在本实施例中，基材61是玻璃材料，金属层62是栅极金属层，而金属层64是源极/漏极金属层。绝缘层63位于栅极金属层62及源极/漏极金属层64之间，栅极金属层62、绝缘层63及源极/漏极金属层64是交迭于基材61之上。 

在图2A中，先于显示基板6上制作出一层介电层65。本实施例的介电层65是通过化学气相沉积(CVD)制作的氮硅化合物(SiNx)，其可保护其下电路结构并使其下电路电性绝缘于其上的电路。 

之后，在介电层65上形成一第一光刻胶层66，在本实施例中，第一光刻胶层66是由树脂、感光剂及溶剂组成的负型光刻胶，其吸收光能后 产生键结而无法以浸泡于显影剂中的方式移除。 

接着，利用一光源3以及一半色调光掩膜(Half Tone Mask)5对显示基板6进行第一曝光工艺。在本实施例中，半色调光掩膜5是放置在光源3与显示基板6之间，且本实施例假设光源3是均匀的平行光源。 

上述半色调光掩膜5包括一基板51、一第一材料层53及一第二材料层52，在本实施例中，基板51的材质是透明度高的石英。半色调光掩膜5上依照第二材料层52及第一材料层53的配置范围形成三个区域E、F、G。即，半色调光掩膜5上配置第一材料层53的范围是区域E，半色调光掩膜5上仅配置有第二材料层52的范围是区域F，而半色调光掩膜5上都没有配置第二材料层52或第一材料层53的范围是区域G。区域E的形状是欲制作的接触孔(图中未示)的相似形，而E及F区域的联集形状是欲制作的画素电极(图中未示)的相似形。 

本实施例的第二材料层52是铬膜，其上制作出许多小孔(图中未示)以调整其透光率，故而第二材料层52可容许部分射入光线穿透。本实施例的第一材料层53是不可透光的铬膜，因此可阻挡遮蔽光线。 

当光源3射入半色调光掩膜5时，则在显示基板6上形成分别对应至三个区域E、F及G。其中，在对应区域E的显示基板6上，光源3因为被第一材料层53阻挡而无法射出，是故对应E区域的部分第一光刻胶层66无法获得光能。对于对应区域G的显示基板6来说，因为光源3可穿透区域G，因此对应区域G的部分第一光刻胶层66可吸收光能而产生键结。对于对应区域F的显示基板6来说，因为被第二材料层52限制了透光率，所以只有部分光源3可自区域F射出而使对应区域F的部分第一光刻胶层66吸收光能而产生键结。因此，由上述可知对应区域E、F、G的第一光刻胶层66产生不等程度的键结。 

请参考图2B，其显示经图2A的第一曝光工艺之后，再经一显影剂(图中未示)移除部分第一光刻胶层66的显示基板6剖面示意图。此处是依照第一光刻胶层66的成分选用适合的显影剂，第一光刻胶层66在显影 剂中浸泡一段时间后，可被显影剂溶解键结产生率较低的部分。因此，经浸泡显影剂过后，显示基板6上的第一光刻胶层66依照曝光吸收能量程度不同而呈现不均匀的厚度。其中，对应区域G的部分光刻胶层66的厚度最厚，对应F区域的部分第一光刻胶层66的厚度次之，而对应区域E的部分第一光刻胶层66则被完全移除而使得介电层65是裸露于显示基板6的表面。请注意，此时介电层65裸露部分的形状是欲制作的接触孔的图样。 

请参考图2C，其显示经图2B的显影工艺之后，再经刻蚀工艺的显示基板6剖面示意图。此处是依照介电层65及绝缘层63的成分选用适合的刻蚀方式，在本实施例中是使用氢氟酸(HF)(图中未示)为刻蚀液的湿式刻蚀。显示基板6被浸泡于刻蚀液当中一段时间后，裸露于显示基板6表面的部分介电层65及绝缘层63则被侵蚀以形成接触孔651、652。显示基板6表面存有第一光刻胶层66的部分在浸泡过程中，则被第一光刻胶层66保护因此不被刻蚀液侵蚀。在刻蚀工艺当中，刻蚀液由裸露在表面的介电层65开始侵蚀，并随着时间增加侵蚀的深度。本实施例控制浸泡的时间以使得刻蚀工艺完毕后，是以源极/漏极金属层64与门极金属层62为刻蚀终点。 

接着，请参考图2D，其显示图2C的显示基板6再经移除第一光刻胶层66后的剖面示意图。在此步骤中，显示基板6是被浸泡于移除光刻胶剂(图中未示)中以使第一光刻胶层66溶解。本实施例所选用的移除光刻胶剂是依照第一光刻胶层66的成分而选定。 

请参考图2E，其显示图2D经移除第一光刻胶层66的显示基板6再以半色调光掩膜5进行第二曝光工艺以制作画素电极的剖面示意图。如图中所示，首先在显示基板6上形成一电极材料层67，接着形成一第二光刻胶层68。本实施例制作电极材料层67的方法是以物理气相沉积法将铟锡化合物(ITO)沉积于显示基板6上。因此，电极材料层67在接触孔651、652处是电性连接其下的源极/漏极金属层64或门极金属层62。本制造 方法所使用的第二光刻胶层68是与第一光刻胶层66相异特性，即，吸收光能时会产生键结断裂的正型光刻胶。 

如图2E中所示，在第二曝光工艺中，与第一曝光工艺类似的，半色调光掩膜5上区域E、F及G的不同透光率亦使得显示基板6上对应E、F及G区域的部分第二光刻胶层68接收不同强度的射入光线。所以，使得对于对应区域G的部分第二光刻胶层68的键结产生断裂，使得对应区域F的部分第二光刻胶层68有一部分键结产生断裂，并使得对应区域E的部分第二光刻胶层68的键结保持为原来的状态。 

请参考图2F，其显示图2E的显示基板6经浸泡于一显影剂(图中未示)以移除部分第二光刻胶层68的剖面示意图。此处是依照第二光刻胶层68的成分选择适用的显影剂，第二光刻胶层68在显影剂中浸泡一段时间后，可被显影剂溶解键结断裂产生率较高的部分。因此，经显影工艺过后，显示基板6上对应E区域的部分第二光刻胶层68的厚度是最厚，对应F区域的第二光刻胶层68次之，而对应区域G的第二光刻胶层68则被移除。显示基板6存有第二光刻胶层68的对应区域E、F则为画素电极的图样。 

请参考图2G，其显示图2F的电极材料层67经刻蚀以制作出画素电极671、672的显示基板6剖面示意图。在此步骤中可依照电极材料层67的成分选用适合的刻蚀方式，本实施例是使用草酸(图中未示)为刻蚀液的湿式刻蚀方式。浸泡于刻蚀液时，刻蚀液侵蚀显示基板6上对应区域G的部分电极材料层67。而上有第二光刻胶层68的部分电极材料层67因受到第二光刻胶层68的保护，因此不受到侵蚀，所以，刻蚀过后则形成画素电极671、672。 

请参考图2H，其显示图2G的显示基板6移除光刻胶层68后的剖面示意图。在本发明制造方法中，显示基板6被浸泡于一光刻胶移除液(图中未示)中以将第二光刻胶层68完全溶解。此处是依照第二光刻胶层68的成分选用适合的光刻胶移除液。至此，仅需使用一片半色调光掩膜5即可 制作出接触孔651、652及画素电极671、672，故而减少光掩膜花费，进而降低平面显示器生产成本。 

实施例二 

图3A至图3F显示本发明第二较佳实施例的显示基板部分制作过程剖面示意图。 

请一并参考图3A至图3C，其中的制造方法是与上一实施例图2A至图2C所示相同，唯有在此所使用的光刻胶层66是为一正型光刻胶，因此半色调光掩膜5上配置第一材料层53的范围是G区域，都没有配置第二材料层52或第一材料层53的范围是E区域，其余条件皆相同，因此此处不再赘述。经图3A至图3C的制造方法之后，显示基板6上制作出接触孔651、652。 

另请参考图3D，其显示接续图3C的制造方法。在此步骤中，首先是利用等离子体灰化(plasma ashing)的方式以等离子体的轰击对光刻胶层66作移除处理。在本实施例中，控制进行等离子体灰化的时间以使在此制造方法后，将对应F区域的部分光刻胶层66移除。对应区域E的金属层62、64与对应区域F的介电层65皆裸露于显示基板6的表面，请注意，上述裸露部分的形状是欲制作的画素电极的图样。 

接着，请参考图3E，其显示经上述等离子体灰化制造方法的显示基板6再经沉积一层电极材料层67的剖面示意图。此处是使用溅镀方式以使铟锡化合物附着在显示基板6表面上以形成电极材料层67。所以，显示基板6裸露的部分上形成画素电极671、672。 

请参考图3F，其显示图3E的显示基板6经移除光刻胶层66后的剖面示意图。在本步骤中，是使用剥离法(lift-off)将显示基板6对应区域G的光刻胶层66移除。至此，仅需使用一道半色调光掩膜5即可制作出接触孔651、652及画素电极671、672。此外，本实施例与上一实施例相比较，其中曝光、显影和刻蚀等制作步骤较少，因此制造方法所需材料费用亦较少，故而除因减少光掩膜数目而减少光掩膜花费之外，更可降低制作 工时及人事、材料费用的支出，进而降低平面显示器生产成本。 

所以，从上述说明中可以得知，本发明是在光掩膜上分别制作不同透光率的多个区域，以在曝光工艺中使用同一光掩膜于显示基板上形成接触孔及画素电极的图样，进而减少平面显示器制作过程中所需要的光掩膜数目，以达到降低生产成本的目的。 

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求保护的范围所述为准，而非仅限于上述实施例。 

Claims (5)

1.一种平面显示器的制造方法，应用于一具有一金属层、一绝缘层及一介电层的显示基板，该绝缘层位于该金属层及该介电层之间，其特征在于，该制造方法包括下列步骤：

于该显示基板上形成一第一光刻胶层；

利用一光掩膜对该第一光刻胶层进行一第一曝光工艺，以在该显示基板上形成一第一区域、一第二区域及一第三区域；

移除该第一区域的部分该第一光刻胶层；

刻蚀该第一区域的部分该介电层；

移除该第一光刻胶层；

于该显示基板上形成一电极材料层；

于该电极材料层上形成一第二光刻胶层；

利用该光掩膜对该第二光刻胶层进行一第二曝光工艺；

移除该第三区域的部分该第二光刻胶层；

刻蚀该第三区域的部分该电极材料层；以及

移除剩下的该第二光刻胶层，其中：

该光掩膜为一半色调光掩膜；该第一光刻胶层是负型的，该第二光刻胶层是正型的。

2.如权利要求1所述的平面显示器的制造方法，其特征在于，所述光掩膜包括一基板、一第一材料层及一第二材料层，该第一材料层及该第二材料层配置于该基板上以形成一第四区域、一第五区域以及一第六区域，而该第四区域对应该第一区域，该第五区域对应该第二区域，该第六区域对应该第三区域。

3.如权利要求2所述的平面显示器的制造方法，其特征在于，所述第四区域、该第五区域以及该第六区域的透光率皆不相同。

4.如权利要求1所述的平面显示器的制造方法，其特征在于，所述金属层部分位于该第一区域中。

5.如权利要求1所述的平面显示器的制造方法，其特征在于，在移除该第一光刻胶层之前，更包括移除该第一区域的部分该绝缘层。

Images