CN1637593A - 掩模和使用该掩模制造液晶显示器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种器件的制造方法。所述方法包括：提供一基板；在所述基板上形成薄膜；在所述薄膜上形成光刻胶层；通过具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的光掩模将光照射到所述光刻胶层上，并将所述光刻胶层显影，以形成具有至少三个不同厚度的光刻胶图案。使用上述工序，可以利用三轮光掩模来制造例如液晶显示器件(LCD)。

Description

掩模和使用该掩模制造液晶显示器件的方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器件(LCD)，尤其涉及一种包含光学吸收层和衍射图案的掩模及使用该掩模制造LCD的方法，所述掩模简化了液晶显示器件的制造工序。
背景技术
透射型平板显示器件(FPD)的液晶显示器件(LCD)主要用于便携式电子装置，例如笔记本电脑，个人数字助理(PDA)和移动电话，并广泛地用于高清晰度电视(HDTV)，数字电视和薄的墙安装式电视。一般而言，各种类型的FPD，例如等离子体显示板(PDP)，真空荧光显示器(VFD)和场发射显示器(FED)，与上述LCD一起都在积极地研究中。然而，由于LCD具有例如生产率，驱动便利和高图象质量的优点，被主要使用。
LCD是利用液晶的折射率各向异性而在屏幕上显示信息的器件。一般而言，液晶设置在其上形成有驱动装置的下基板和其上形成有滤色片的上基板之间，从而形成液晶层。液晶层的分子被驱动装置驱动来控制透过液晶层的光量，由此在屏幕上显示信息。在各种类型的LCD中，主要使用利用TFT作为驱动器件的薄膜晶体管(TFT)LCD。
TFT形成在LCD的每个像素中，从而独立地控制像素。这种LCD通过复杂的工序来制造，其中所述工序包括需要光掩模的光刻工序。因而，在降低制造成本和提高产率方面，简化制造工序成为主要关注的问题。结果，为了简化制造工序，已经做了重大努力。起初使用八轮掩模来制造TFT-LCD。然而，为简化制造工序，引入了七轮或六轮掩模工序，最近，已经主要使用五轮掩模来制造TFT-LCD。
图1A到1E说明了依照现有技术制造LCD的五轮掩模工序。将参照图1A到1E详细描述制造LCD的方法。
首先，如图1A中所示，由金属制成的栅极11形成在透明第一基板10，如玻璃上。具体地说，在整个基板10上形成金属层之后，用光刻胶涂敷所述金属层。然后，用第一掩模将光刻胶显影，并执行蚀刻工序，从而形成栅极11。然后在其上形成有栅极11的第一基板10上形成栅绝缘层16。
接着，如图1B所示，在栅绝缘层16上形成半导体材料，如无定形硅(a-Si)，并用第二掩模蚀刻，从而形成半导体层13。
接着，如图1C所示，在半导体层13上形成源极/漏极15。具体地说，在整个半导体层13和栅绝缘层16上形成金属层之后，用光刻胶涂敷所述金属层。然后用第三掩模将所述光刻胶显影，并执行蚀刻工序，从而形成源极/漏极15。尽管在附图中没有示出，但在半导体层13与源极/漏极15之间形成有杂质层的欧姆接触层。
接着，如图1D所示，在整个第一基板10上形成钝化层17之后，使用第四掩模在钝化层17中形成接触孔18。
然后，如图1E所示，在钝化层17上形成透明电极，如氧化铟锡(ITO)，并使用第五掩模蚀刻，以致在钝化层17上形成了像素电极19。同时，像素电极19通过形成在钝化层中的接触孔18与漏极15相接触。
另一方面，在第二基板20上形成黑矩阵22和滤色片层24，将第一基板10和第二基板20彼此粘接，并在第一基板10和第二基板20之间提供液晶层30，从而完成LCD。
如上所述，现有技术的方法要求五轮掩模制造LCD：用于栅极的掩模，用于半导体层的掩模，用于源极/漏极的掩模，用于接触孔的掩模和用于像素电极的掩模。
参照图2，上述五轮掩模LCD制造工艺一般使用具有透射区域和遮断区域的掩模40。阻塞光的遮断区域包括形成在基板41上的金属图案42。所述金属图案一般由像Cr这样的金属形成，为了高的透射率，基板41一般使用石英。借由通过这样的掩模将光照射到光刻胶层上，然后将光刻胶层显影，形成期望的图案。
尽管在附图中没有示出，但使用掩模的光刻工序如此复杂，以致LCD的制造成本提高且产率下降。因而，在减少光刻工序的数量方面已经做了积极的努力。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种液晶显示(LCD)器件的制造方法，其基本消除了由于现有技术的局限性和缺点而造成的一个或多个问题。
本发明的一个优点是提供具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的掩模，从而三个图案能够通过一个工序形成。
本发明的另一个优点是提供一种使用所述掩模制造液晶显示(LCD)器件的方法，所述掩模简化了液晶显示器件的制造工序。
本发明另外的特征和优点将在接下来的说明书中阐述，这些特征和优点部分可以从描述中显而易见，或可以通过实施本发明而认识到。尤其通过在所撰写的说明书和其权利要求，以及附图中指出的结构将会实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了实现这些和其它优点，依照本发明的目的，如具体实施的和广泛描述的，掩模包括：透明基板；在基板上的光学吸收层；和在基板上的金属图案，所述金属图案包括多个狭缝。
在本发明的另一方面，制造液晶显示器件的方法包括在第一基板上，在像素单元中形成栅极，在焊盘单元中形成焊盘；在第一基板上沉积栅绝缘层，半导体层，金属层，和钝化层；在钝化层上沉积光刻胶层；通过具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的掩模将光照射到第一基板上，并将所述光刻胶层显影，以形成具有至少三个不同厚度的光刻胶图案；第一次蚀刻在所述焊盘之上的栅绝缘层，半导体层，金属层和钝化层，以展现焊盘；第一次灰化所述光刻胶图案并第二次蚀刻所述焊盘和像素单元中的钝化层和金属层；第二次灰化所述光刻胶图案并第三次蚀刻所述栅极之上的钝化层；第四次蚀刻所述栅极之上的金属层和部分半导体层，以形成源极和漏极；以及形成像素电极。
在本发明的另一方面中，掩模包括用于透射光的透射区域，用于部分透射光的半透射区域，用于阻塞光的遮断区域和用于衍射光的衍射区域。
在本发明的另一方面中，一种器件的制造方法包括：提供基板；在该基板上形成薄膜；在所述薄膜上形成光刻胶层；通过具有透射区域、半透射区域、衍射区域和遮断区域的光掩模将光照射到所述光刻胶层上，及将所述光刻胶层显影，以形成具有至少三个不同厚度的光刻胶图案。
应当理解到，前述的概括性说明和下面的详细说明是示范性的和说明性的，意在提供如要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
所包括的用于进一步理解本发明并且作为说明书的一个组成部分的附图说明了本发明的实施方案，与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1A至图1E说明了依照现有技术制造液晶显示器的五轮掩模工序；
图2说明依照现有技术在图1A到1E中制造LCD所使用的掩模的结构；
图3说明了依照本发明的掩模的结构；及
图4A至图4H说明了依照本发明制造LCD器件的方法。
具体实施方式
现在将结合附图详细说明本发明的实施方案。
本发明公开了一种简化液晶显示器件制造工序的制造液晶显示器件(LCD)的方法。特别地，依照本发明，通过使用具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的掩模，可以使用三轮掩模工序制造LCD。换言之，现有技术的五轮掩模工序可以被本发明的具有三轮掩模工序或步骤的制造方法代替。
图3说明了依照本发明的掩模140。如图3中所示，掩模140包括透明基板141，如石英，形成在基板141预定区域的光学吸收层146，和形成在光学吸收层146预定区域的金属图案142。光学吸收层146由吸收光的材料制成，如MoSi。金属图案142由金属制成，如具有优秀光遮断特性的Cr。如图3中所示，在金属图案142中还形成有衍射入射光的多个狭缝145。
具有上述结构的掩模140依照光透过度而分为多个区域。例如，掩模140包括没有形成金属图案142和光学吸收层146的透射区域(就是说，只存在基板的区域)，只形成光学吸收层146的半透射区域，形成金属图案142的遮断区域，及形成金属图案142和狭缝145的衍射区域。所述透射区域透射所有入射光，半透射区域只透射部分入射光(例如，35％到55％的入射光)。另外，由于金属图案142，所以遮断区域阻塞入射光，并且衍射区域衍射入射光。
当通过掩模140将光刻胶曝光并显影时，由于掩模140中的不同区域，所以光刻胶图案具有三个不同的厚度。由于这种具有三个不同厚度的光刻胶图案，所以可以使用三轮掩模工序或步骤制造LCD。尽管用制造LCD器件工序的实施例解释了本发明，但应当理解到，本发明的原理可以用于其它需要光刻工序的器件的制造工序。
以下将参照附图详细描述使用上述掩模制造LCD的方法。
图4A到4H说明了依照本发明制造LCD器件的方法。在图中，为方便起见，像素单元与焊盘单元分离。
首先，如图4A中所示，通过蒸发(evaporation)方法，溅射(sputtering)方法等在透明基板110，如玻璃上沉积金属，如Al，Al合金和Cu之后，利用第一掩模蚀刻所述金属层，从而在像素单元中形成栅极111，在焊盘单元中形成焊盘151。然后在整个第一基板110上连续形成栅绝缘层116，半导体层113a，金属层115a和钝化层117。
栅绝缘层116由绝缘材料，如SiNx和SiOx形成。半导体层113a进一步包括由例如非晶硅(a-Si)或结晶硅(crystalline silicon)形成的未掺杂的硅层和用杂质离子掺杂的杂质层。另外，通过蒸发(evaporation)方法，溅射(sputtering)方法等沉积金属，如Mo和Mo合金来形成金属层115a。钝化层117由无机材料，如SiNx和SiOx或有机材料，如苯并环丁烯(BCB)和光敏亚克力(photoacryl)形成，接着，在其上形成有栅绝缘层116，半导体层113a，金属层115a和钝化层117的第一基板110上形成光刻胶层162a。
接着，如图4B中所示，通过依照本发明的具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的掩模140将光，如紫外(UV)线照射到光刻胶层162a上。利用显影剂将光刻胶层162a显影后，在钝化层117上形成了具有不同厚度的光刻胶图案162。在该实施例中，掩模140的透射区域位于焊盘单元的焊盘151之上，衍射区域位于栅极111之上。另外，遮断区域位于衍射区域的两侧，半透射区域位于除透射区域和遮断区域的区域以外的像素单元中。在显影工序过程中，移除焊盘上的光刻胶层，且在像素单元的钝化层117上形成具有厚度t1，t2和t3(t1＜t2＜t3)的光刻胶图案162。
接着，当执行干蚀刻工序移除其上没有形成光刻胶图案162的焊盘151上的钝化层117，金属层115a和栅绝缘层116时，在焊盘151上形成了暴露于外面的接触孔153，如图4C中所示。
接着，利用等离子体离子执行灰化工序，从而移除预定部分或厚度的光刻胶图案162。结果，只有在栅极111之上的光刻胶图案162和像素单元中栅极111两侧的光刻胶图案162保留在第一基板110上。然后，执行干蚀刻工序来移除除了第一基板110上保留有光刻胶图案162的区域以外的像素单元和焊盘单元的钝化层117和金属层115a。在蚀刻工序中，移除由Mo或Mo合金形成的金属层115a，而由Al或Al合金形成的、也暴露于蚀刻环境的焊盘151不受干蚀刻工序的影响。
接着，执行另一灰化工序来移除栅极111之上的光刻胶图案162，以致只有在栅极111两侧的光刻胶图案162保留在第一基板110上，如图4D中所示。然后，执行干蚀刻工序来移除栅极111上的钝化层117，从而暴露金属层115a，如图4E中所示，并移除除了被金属层115a阻挡的区域之外的像素单元和焊盘单元的半导体层113a，如图4F中所示。然后连续执行干蚀刻工序来移除栅极电极111上的金属层115a和部分半导体层113(就是说，欧姆接触层)，然后，移除光刻胶图案162，由此形成了源极/漏极115，如图4G中所示。在蚀刻工序中，由Mo或Mo合金形成的金属层115a被移除，而由Al或Al合金形成的、也暴露于蚀刻环境的焊盘151不受干蚀刻工序的影响。
然后，如图4H中所示，在整个第一基板110上形成透明导电层，如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)之后，利用第三掩模执行光刻工序，从而在像素区域中形成像素电极119，在焊盘区域中的焊盘151上形成抗氧化层153。因为源极/漏极115由Mo或Mo合金形成，所以源极/漏极115具有极好的侧接触特性。因而，如图中所示，像素电极119连接到漏极115的侧面。
另一方面，在第二基板120上形成Cr/CrOx或黑树脂，以形成阻止光泄漏的黑矩阵122，并且在第二基板120上形成用于实现彩色的具有红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)层的滤色片层124。然后，在使用密封剂将第一基板110和第二基板120彼此粘接之后，在第一基板110和第二基板120之间提供液晶层130，从而完成液晶显示器。
如上所述，依照本发明，可能使用三轮掩模制造LCD器件：用于栅极的掩模，用于半导体层和源极/漏极的掩模及用于像素电极的掩模。用于将半导体层和源极/漏极图案化的第二掩模具有使穿过第二掩模的光量不同的透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域。由于第二掩模的不同区域，导致光刻胶图案具有不同的厚度。结果，可以通过三轮掩模工序制造LCD器件。
依照本发明的光掩模不仅可以用于TN-LCD器件(典型的LCD器件)的制造方法，而且还可用于其它的LCD器件，例如共平面开关(IPS)模式LCD和垂直排列(VA)模式LCD。此外，本发明的原理可以用于其它需要光刻工序的器件的制造工序。
如上所述，依照本发明，因为LCD器件用具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的光掩模制造，所以可以减少掩模数和简化制造工序。
在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中做各种修改和变更，这对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明意在覆盖本发明的修改和变更，其在所附的权利要求和其等价物的范围内。

Claims (20)

1.一种掩模，包括：
透明基板；
在所述基板上的光学吸收层；和
在所述基板上的金属图案，所述金属图案包括多个狭缝。
2.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述基板包括用于透射光的透射区域。
3.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述光学吸收层包括用于部分透射光的半透射区域。
4.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述金属图案包括用于阻塞光的遮断区域。
5.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述多个狭缝包括用于衍射光的衍射区域。
6.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述金属图案由Cr形成。
7.根据权利要求1所述的掩模，其特征在于：所述光学吸收层由MoSi形成。
8.一种制造液晶显示器件的方法，包括：
在第一基板上，在像素单元中形成栅极，在焊盘单元中形成焊盘；
在第一基板之上沉积栅绝缘层，半导体层，金属层和钝化层；
在所述钝化层之上沉积光刻胶层；
通过具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的掩模将光照射到第一基板上，并将所述光刻胶层显影以形成具有至少三个不同厚度的光刻胶图案；
第一次蚀刻在所述焊盘之上的栅绝缘层，半导体层，金属层和钝化层，以展现焊盘；
第一次灰化所述光刻胶图案并第二次蚀刻所述焊盘和像素单元中的钝化层和金属层；
第二次灰化所述光刻胶图案并第三次蚀刻所述栅极之上的钝化层；
第四次蚀刻所述栅极之上的金属层和部分半导体层，以形成源极和漏极；以及
形成像素电极。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述金属层由Mo或Mo合金形成。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：通过干蚀刻来蚀刻所述金属层。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述像素电极连接到所述漏电极的侧面部分。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述制造液晶显示器件的方法使用三轮光掩模。
13.一种掩模，包括：用于透射光的透射区域，用于部分透射光的半透射区域，用于阻塞光的遮断区域和用于衍射光的衍射区域。
14.根据权利要求13所述的掩模，其特征在于：所述半透射区域包括基板和在该基板上的光学吸收层。
15.根据权利要求13所述的掩模，其特征在于：所述遮断区域包括基板和在该基板上的金属层。
16.根据权利要求13所述的掩模，其特征在于：所述衍射区域包括基板和在该基板上的多个金属狭缝。
17.一种构造器件的方法，包括：
提供基板；
在该基板上形成薄膜；
在所述薄膜上形成光刻胶层；
通过具有透射区域，半透射区域，衍射区域和遮断区域的光掩模将光照射到所述光刻胶层上，及
将所述光刻胶层显影，以形成具有至少三个不同厚度的光刻胶图案。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：进一步包括：使用所述光刻胶图案作为掩模来蚀刻所述薄膜。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述光刻胶图案包括光刻胶，光敏压克力，或有机材料。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：进一步包括：灰化所述光刻胶图案，从而移除具有最小厚度的部分光刻胶图案。
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