DE10317627B4

DE10317627B4 - Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE10317627B4
Application number: DE10317627A
Authority: DE
Inventors: Byoung-Ho Gumi Lim
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: US7609331B2; JP4710026B2; US7199846B2; US20070132903A1; TW200305763A; KR100436181B1; CN100383646C; TWI226502B; GB2387707A; CN1452002A; DE10317627A1; GB0307997D0; GB2387707B; US20030193626A1; FR2838562A1; FR2838562B1; KR20030082144A; JP2003347314A

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ausbilden einer Gateleitung, eines Gateanschlusses und einer Gateelektrode auf einem Substrat;
Ausbilden einer Gateisolierungsschicht auf der Gateleitung, der Gateelektrode und dem Gateanschluss;
Ausbilden einer aktiven Schicht auf der Gateisolierungsschicht;
Ausbilden einer ohmschen Kontaktschicht auf der aktiven Schicht;
Ausbilden einer Datenleitung, eines Datenanschlusses, und von Sourceelektrode und Drainelektrode auf der ohmschen Kontaktschicht;
Ausbilden einer Pixelelektrode auf der Sourceelektrode und der Drainelektrode, wobei die Pixelelektrode die Drainelektrode kontaktiert;
Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht auf dem Substrat einschließlich der Pixelelektrode;
Ausbilden einer zweiten Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht, wobei die zweite Passivierungsschicht die erste Passivierungsschicht über dem Gateanschluss und dem Datenanschluss freilegt; und
Strukturieren der von der zweiten Passivierungsschicht freigelegten ersten Passivierungsschicht zum Freilegen des Gateanschlusses und des Datenanschlusses.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige-(LCD = „Liquid Crystal Display”)Vorrichtung, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für die Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Im allgemeinen weist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung (LCD) gemäß dem Stand der Technik zwei Substrate, die im Abstand voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind, und eine zwischen diesen beiden Substraten eingefügte Flüssigkristallschicht auf. Jedes der Substrate weist eine Elektrode auf, und die Elektroden der Substrate sind ebenfalls einander gegenüberliegend angeordnet. Eine elektrische Spannung wird an jede Elektrode angelegt, und zwischen den Elektroden wird ein elektrisches Feld induziert. Die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle wird mittels Variation der Intensität oder der Richtung des elektrischen Feldes verändert. Die LCD-Vorrichtung zeigt ein Bild an, indem die Lichtdurchlässigkeit entsprechend der Anordnung der Flüssigkristallmoleküle variiert wird.
Nachfolgend wird eine LCD-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wie sie z. B. in dem Dokument ”A Novel Four-Mask-Court Process Architecture for TFT-LCDs” von C. W. Kim et. al. in SID Digest, pp. 1006–1009 (2000) beschrieben ist, unter Bezugnahme auf die Abbildungen detaillierter beschrieben.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer herkömmlichen LCD-Vorrichtung. Die herkömmliche LCD-Vorrichtung 1 weist ein oberes Substrat 5 und ein unteres Substrat 22 auf, die im Abstand voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet sind, und besitzt ferner Flüssigkristalle 15, die zwischen dem oberen Substrat 5 und dem unteren Substrat 22 eingefügt sind. Das obere Substrat 5 weist auf der Innenseite aufeinanderfolgend eine schwarze Matrix 6, eine Farbfilterschicht 7 und eine gemeinsame Elektrode 9 auf. Die schwarze Matrix 6 weist Öffnungen auf. Die Farbfilterschicht 7 entspricht den Öffnungen der schwarzen Matrix 6 und weist drei Sub-Farbfilter von roter (R), grüner (G) und blauer (B) Farbe auf. Die gemeinsame Elektrode 9 ist auf dem Farbfilter 7 ausgebildet und transparent.
Eine Gateleitung 12 und eine Datenleitung 34 sind auf der inneren Oberfläche des unteren Substrats 22 ausgebildet. Die Gateleitung 12 und die Datenleitung 34 kreuzen einander derart, dass sie einen Pixelbereich P definieren. Ein Dünnschichttransistor T ist als Schaltelement jeweils an den Schnittpunkten der Gateleitung 12 und der Datenleitung 34 ausgebildet. Die Dünnschichttransistoren T werden jeweils gebildet von einer Gateelektrode, einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode, und sind matrixförmig angeordnet. Eine Pixelelektrode 56, welche an die Dünnschichttransistoren T angeschlossen ist, ist in dem Pixelbereich P ausgebildet. Die Pixelelektrode 56 entspricht dem Sub-Farbfilter und ist aus einem transparenten leitfähigen Material wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) hergestellt, welches relativ gut lichtdurchlässig ist. Das untere Substrat 22, welches den Dünnschichttransistor T und die Pixelelektrode 56 in matrixförmiger Anordnung aufweist, kann im allgemeinen als Matrixsubstrat bezeichnet werden.
Ein Abtastimpuls wird an die Gateelektrode des Dünnschichttransistors T über die Gateleitung 12 angelegt, und ein Datensignal wird an die Sourceelektrode des Dünnschichttransistors T über die Datenleitung 34 angelegt.
Die LCD-Vorrichtung wird aufgrund der elektrischen und optischen Effekte der Flüssigkristalle angesteuert. Der Flüssigkristall ist ein dielektrisches anisotropes Material mit einer spontanen Polarisierungseigenschaft. Wenn eine Spannung angelegt wird, bildet der Flüssigkristall einen Dipol infolge der spontanen Polarisation aus, und die Moleküle des Flüssigkristalls werden folglich mittels eines elektrischen Feldes angeordnet. Eine optische Modulation tritt aufgrund der optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls auf, welche entsprechend der Anordnung der Flüssigkristalle variieren. Bilder der LCD-Vorrichtung werden mittels Steuerung der Lichtdurchlässigkeit aufgrund der optischen Modulation erzeugt.
2 zeigt eine Draufsicht eines Matrixsubstrats einer LCD-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik. In 2 kreuzen eine Gateleitung 12 und eine Datenleitung 34 einander und definieren einen Pixelbereich P, und an dem Schnittpunkt der Gate- und Datenleitungen 12 und 34 ist ein Dünnschichttransistor T als Schaltelement ausgebildet. Ein Gateanschluss 10 ist an einem Ende der Gateleitung 12 ausgebildet, und ein Datenanschluss 36 ist an einem Ende der Datenleitung 34 ausgebildet. Eine Gateanschlussstelle 58 und eine Datenanschlussstelle 60, welche inselförmig und aus einem transparenten leitfähigen Material hergestellt sind, überlappen den Gateanschluss 10 bzw. den Datenanschluss 36.
Der Dünnschichttransistor T wird gebildet von einer Gateelektrode 14, welche an die Datenleitung 12 angeschlossen ist und Abtastsignale empfängt, einer Sourceelektrode 40, welche an die Datenleitung 34 angeschlossen ist und Datensignale empfängt, und einer Drainelektrode 42, welche im Abstand von der Sourceelektrode 40 angeordnet ist. Der Dünnschichttransistor T weist ferner eine aktive Schicht 32 zwischen der Gateelektrode 14 und der Source- und Drainelektrode 40 und 42 auf. Eine inselförmige metallische Struktur 38 überlappt die Gateleitung 12.
Eine Pixelelektrode 56 ist in dem Pixelbereich P ausgebildet und an die Drainelektrode 42 angeschlossen. Die Pixelelektrode 56 ist auch an die metallische Struktur 38 angeschlossen. Die Gateleitung 12 und die metallische Struktur 38 dienen als erste bzw. zweite Leitungskondensatorelektroden und bilden einen Ladungskondensator Cst mit einer (nicht gezeigten) Gateisolierungsschicht, welche zwischen der Gateleitung 12 und der metallischen Struktur 38 angeordnet ist.
Obwohl sie nicht in der Figur dargestellt ist, ist eine ohmsche Kontaktschicht zwischen der aktiven Schicht 32 und der Sourceelektrode 40 und Drainelektrode 42 ausgebildet. Die aktive Schicht 32 ist aus amorphem Silizium hergestellt, und die ohmsche Kontaktschicht ist aus dotiertem amorphem Silizium hergestellt. Eine erste Struktur 35 und eine zweite Struktur 39, welche amorphes Silizium und dotiertes amorphes Silizium aufweisen, sind unter der Datenleitung 34 bzw. der metallischen Struktur 38 ausgebildet.
Das Matrixsubstrat gemäß 2 wird unter Verwendung von vier Masken hergestellt.
3A bis 3G, 4A bis 4G, und 5A bis 5G zeigen Herstellungsprozesse für ein Matrixsubstrat unter Verwendung von vier Masken und entsprechen jeweils Querschnitten entlang der Linie III-III, der Linie IV-IV bzw. der Linie V-V aus 2.
Wie in 3A, 4A und 5A gezeigt ist, werden eine Gateleitung 12, eine Gateelektrode 14 und ein Gateanschluss 10 auf einem transparenten isolierenden Substrat 22 ausgebildet, indem eine erste metallische Schicht abgeschieden wird und die erste metallische Schicht mittels eines ersten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer ersten Maske strukturiert wird. Die Gateleitung 12, die Gateelektrode 14 und der Gateanschluss 10 sind aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium (Al), einer Aluminiumlegierung, Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Chrom (Cr) hergestellt. Die Gateleitung 12, die Gateelektrode 14 und der Gateanschluss 10, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, können als Doppelschicht ausgebildet sein, welche Molybdän oder Chrom enthält.
Als nächstes werden eine Gateisolierungsschicht 16, eine Schicht 18 aus amorphem Silizium, eine Schicht 20 aus dotiertem amorphem Silizium und eine zweite metallische Schicht 24 aufeinander folgend auf dem Substrat 22 abgeschieden, welches die Gateleitung 12, die Gateelektrode 14 und den Gateanschluss 10 aufweist. Die Gateisolierungsschicht 16 ist aus einem anorganischen isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt, und das zweite metallische Material 24 ist aus einem der Materialien Chrom, Molybdän, Wolfram und Tantal (Ta) hergestellt.
Wie in 3B, 4B und 5B gezeigt ist, wird eine Photoresistschicht 26 auf der zweiten metallischen Schicht 24 mittels Beschichtung mit einem Photoresist ausgebildet. Eine zweite Maske 50, welche einen durchlässigen Abschnitt A, einen undurchlässigen Abschnitt B und einen halbdurchlässigen Abschnitt C aufweist, ist über der Photoresistschicht 26 mit Abstand zu dieser angeordnet. Der halbdurchlässige Abschnitt C entspricht der Gateelektrode 14. Die Photoresistschicht 26 kann von positivem Typ sein, und ein belichteter Abschnitt wird entwickelt und entfernt. Anschließend wird die Photoresistschicht 26 belichtet. Die dem halbdurchlässigen Abschnitt C entsprechende Photoresistschicht 26 wird weniger belichtet als die dem durchlässigen Abschnitt A entsprechende Photoresistschicht 26.
Wie in 3C, 4C und 5C gezeigt ist, wird die belichtete Photoresistschicht 26 aus 3B, 4B und 5B entwickelt, und eine Photoresiststruktur 26a wird ausgebildet. Die Photoresiststruktur 26a weist unterschiedliche Dicken auf. Eine erste Dicke der Photoresiststruktur 26a entspricht dem undurchlässigen Abschnitt B aus 3B, 4B und 5B, und eine zweite Dicke der Photoresiststruktur 26a, welche dünner als die erste Dicke ist, entspricht dem halbdurchlässigen Abschnitt C aus 3B, 4B und 5B.
Wie in 3D, 4D und 5D gezeigt ist, werden die zweite metallische Schicht 24, die Schicht 20 aus dotiertem amorphem Silizium und die Schicht 18 aus amorphem Silizium von 3C, 4C und 5C, die von der Photoresiststruktur 26 freigelegt wurden, entfernt. Folglich werden eine Source- und Drainstruktur 28, eine Datenleitung 34 aus 2, ein Datenanschluss 36, eine Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium und eine aktive Schicht 32 ausgebildet. Die zweite metallische Schicht 24 aus 3C, 4C und 5C wird mittels eines Nassätzverfahrens geätzt, und die Schicht 20 aus dotiertem amorphem Silizium und die Schicht 18 aus amorphem Silizium von 3C, 4C und 5C werden mittels eines Trockenätzverfahrens strukturiert. Die Source- und Drainstruktur 28 wird über der Gateelektrode 14 ausgebildet und an eine Datenleitung 34 aus 2 angeschlossen, welche sich in der Figur vertikal erstreckt. Die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium und die aktive Schicht 32 weisen die gleiche Form wie die Source- und Drainstruktur 28 und die Datenleitung 34 auf.
Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine inselförmige Struktur 38 über der Gateleitung 12 ausgebildet. Eine erste Struktur 35 und eine zweite Struktur 39, welche auch die Schicht aus amorphem Silizium und die Schicht aus dotiertem amorphem Silizium aufweisen, werden ausgebildet. Die erste Struktur 35 ist unter der (nicht gezeigten) Datenleitung angeordnet, und der Datenanschluss 36 und die zweite Struktur 39 sind unter der metallischen Struktur 38 angeordnet.
Als nächstes wird, wie in 3E, 4E und 5E gezeigt ist, die Photoresiststruktur 26a der zweiten Dicke mittels eines Veraschungsprozesses entfernt, und folglich die Source- und Drainstruktur 28 freigelegt. Hierbei wird auch die Photoresiststruktur 26a der ersten Dicke partiell entfernt, und die erste Dicke der Photoresiststruktur 26a wird dünner. Zusätzlich werden Ränder der Photoresiststruktur 26a entfernt, und die metallischen Strukturen 28, 36 und 38 werden freigelegt.
Wie in 3F, 4F und 5F gezeigt ist, werden die Source- und Drainstruktur 28 und die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium von 3E, welche von die Photoresiststruktur 26a von 3E freigelegt werden, geätzt. Folglich werden Source- und Drainelektroden 40 und 42 und eine ohmsche Kontaktschicht 30 ausgebildet, und die aktive Schicht 32 wird freigelegt. Die freigelegte aktive Schicht 32 zwischen der Sourceelektrode 40 und der Drainelektrode 42 wird ein Kanal eines Dünnschichttransistors. Die Sourceelektrode 40 und die Drainelektrode 42 sind im Abstand voneinander angeordnet. Ein Bereich zwischen der Sourceelektrode 40 und der Drainelektrode 42 entspricht dem halbdurchlässigen Abschnitt C der zweiten Maske 50 aus 3B. Wenn die Source- und Drainstruktur 28 von 3E aus Molybdän (Mo) ausgebildet wird, können die Source- und Drainstruktur 28 und die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium von 3E mittels des Trockenätzverfahrens zur gleichen Zeit entfernt werden. Wenn allerdings die Source- und Drainstruktur 28 aus Chrom (Cr) gebildet wird, wird die Source- und Drainstruktur 28 mittels des Nassätzverfahrens geätzt und daraufhin die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium mittels des Trockenätzverfahrens entfernt.
Wie oben ausgeführt, werden die Sourceelektrode 40 und Drainelektrode 42, die Datenleitung 34, der Datenanschluss 36, die metallische Struktur 38, die ohmsche Kontaktschicht 30 und die aktive Schicht 32 mittels eines zweiten Photolithographieprozesses unter Verwendung der zweiten Maske aus 3B, 4B und 5B ausgebildet.
Als nächstes wird die Photoresiststruktur 26 entfernt, und eine Passivierungsschicht 46 wird auf der Datenleitung 34, der Sourceelektrode 40 und Drainelektrode 42, dem Datenanschluss 36 und der metallischen Struktur 38 ausgebildet, indem ein transparentes organisches Material wie beispielsweise Benzocyclobuten (BCB) oder Acrylharz aufgebracht wird oder indem ein anorganisches Material wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumdioxid (SiO₂) aufgebracht wird. Die Passivierungsschicht 46 wird mit der Gateelektrode 46 mittels eines dritten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer dritten Maske strukturiert, und ein Drainkontaktloch 48, ein Speicherkontaktloch 50, ein Gateanschlusskontaktloch 52 und ein Datenanschlusskontaktloch 54 werden ausgebildet. Das Drainkontaktloch 48, das Speicherkontaktloch 50, das Gateanschlusskontaktloch 52 und das Datenanschlusskontaktloch 54 legen die Drainelektrode 42, die metallische Struktur 38, den Gateanschluss 10 bzw. den Datenanschluss 36 frei. Hierbei legt das Speicherkontaktloch 50 eine Seitenwand der metallischen Struktur 38 frei.
Wie in 3G, 4G und 5G gezeigt ist, werden eine Pixelelektrode 56, eine Gateanschlussstelle 58 und eine Datenanschlussstelle 60 auf der Passivierungsschicht 46 ausgebildet, indem ein transparentes leitfähiges Material wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) und Indium-Zink-Oxid (IZO) aufgebracht wird und das transparente leitfähige Material mittels eines vierten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer vierten Maske strukturiert wird. Die Pixelelektrode 46 wird nicht nur an die Drainelektrode 42 durch das Drainkontaktloch 48 angeschlossen, sondern auch an die metallische Struktur 38 über das Ladungskontaktloch 50. Die Gateanschlussstelle 58 und die Datenanschlussstelle 60 werden an den Gateanschluss 10 bzw. den Datenanschluss 36 angeschlossen.
Wie oben erwähnt, wird das Matrixsubstrat mittels eines Photolithographieprozesses unter Verwendung einer Maske hergestellt. Der Photolithographieprozess beinhaltet mehrere Schritte der Reinigung, Beschichtung mit einer Photoresistschicht, Belichten durch eine Maske, Entwickeln der Photoresistschicht und Ätzen. Daher können die Herstellungszeit, die Kosten sowie der Ausschuss mittels Reduzierung der Anzahl der Photolithographieprozesse reduziert werden.
Die Offenlegungsschrift DE 197 21 451 A1 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine Flüssigkristallanzeige, wobei eine erste Passivierungsschicht strukturiert wird, bevor eine zweite Passivierungsschicht auf dem Substrat abgeschieden wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu schaffen, bei dem ein oder mehrere Probleme aufgrund der Beschränkungen und Nachteile des Standes der Technik im wesentlichen vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung geschaffen, bei der die Produktivität aufgrund eines kürzeren Prozesses und geringerer Kosten vergrößert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt, und werden teilweise anhand der Beschreibung deutlich oder ergeben sich aus der Ausführung der Erfindung. Die Merkmale und weiteren Vorteile der Erfindung werden insbesondere mittels des Aufbaus realisiert und erreicht, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen sowie in den beigefügten Abbildungen beschrieben ist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats einer Flüssigkristallanzeige weist folgende Schritte auf: Ausbilden einer Gateleitung, eines Gateanschlusses und einer Gateelektrode auf einem Substrat, Ausbilden einer Gateisolierungsschicht auf der Gateleitung, der Gateelektrode und dem Gateanschluss, Ausbilden einer aktiven Schicht auf der Gateisolierungsschicht, Ausbilden einer ohmschen Kontaktschicht auf der aktiven Schicht, Ausbilden einer Datenleitung, eines Datenanschlusses, einer Sourceelektrode und einer Drainelektrode auf der ohmschen Kontaktschicht, Ausbilden einer Pixelelektrode auf der Source- und der Drainelektrode, wobei die Pixelelektrode die Drainelektrode kontaktiert, Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht auf dem Substrat einschließlich der Pixelelektrode, Ausbilden einer zweiten Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht, wobei die zweite Passivierungsschicht die erste Passivierungsschicht über dem Gateanschluss und dem Datenanschluss freilegt, und Strukturieren der von der zweiten Passivierungsschicht freigelegten ersten Passivierungsschicht zum Freilegen des Gateanschlusses und des Datenanschlusses.
Es versteht sich, dass sowohl die obige allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und zur Erläuterung angegeben sind und zur weiteren Erklärung der beanspruchten Erfindung dienen sollen.
Die beigefügten Abbildungen, welche ein tieferes Verständnis der Erfindung schaffen sollen und einen Teil der Beschreibung bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Draufsicht eines Matrixsubstrats für eine LCD-Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
3A bis 3G, 4A bis 4G und 5A bis 5G Querschnittsansichten, in denen ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist;
6 eine Draufsicht eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
7A bis 7H, 8A bis 8H und 9A bis 9H Querschnittsansichten eines Herstellungsprozesses eines Matrixsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird auf Ausführungsformen der Erfindung detailliert Bezug genommen, die in den beigefügten Abbildungen dargestellt sind.
6 zeigt eine Draufsicht eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeige-(LCD)-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 6 gezeigt ist, werden eine Gateleitung 112 und eine Datenleitung 134 auf einem transparenten isolierenden Substrat 100 ausgebildet. Die Gateleitung 112 und die Datenleitung 134 kreuzen einander und definieren einen Pixelbereich P, und an dem Schnittpunkt der Gateleitung 112 und der Datenleitung 138 ist ein Dünnschichttransistor T als ein Schaltelement ausgebildet. Ein Gateanschluss 110 ist an einem Ende der Gateleitung 112 ausgebildet, und ein Datenanschluss 136 ist an einem Ende der Datenleitung 134 ausgebildet. Eine Gateanschlussstelle 158 und eine Datenanschlussstelle 160, welche inselförmig und aus einem transparenten leitfähigen Material ausgebildet sind, überlappen den Gateanschluss 110 bzw. den Datenanschluss 136.
Der Dünnschichttransistor T wird gebildet von einer Gateelektrode 114, die an die Gateleitung 112 angeschlossen ist und Abtastsignale empfängt, einer Sourceelektrode 140, die an die Datenleitung 134 angeschlossen ist und Datensignale empfängt, und einer Drainelektrode 142, die von der Sourceelektrode 140 im Abstand angeordnet ist. Der Dünnschichttransistor T weist ferner eine aktive Schicht 132 zwischen der Gateelektrode 114 und der Sourceelektrode 140 und der Drainelektrode 142 auf. Ein metallisches Material 138 überlappt die Gateleitung 112. Das metallische Material 128 kann aus dem gleichen Material wie die Datenleitung 134 hergestellt sein.
Eine Pixelelektrode 146 ist in dem Pixelbereich P ausgebildet. Die Pixelelektrode 146 ist an die Drainelektrode 142 und die metallische Struktur 138 mit seitlichem Kontakt angeschlossen. Die Gateleitung 112 und die metallische Struktur 138 dienen als erste bzw. zweite Speicherkondensatorelektroden und bilden einen Speicherkondensator Cst mit einer (nicht gezeigten) Gateisolierungsschicht, die zwischen der Gateleitung 112 und der metallischen Struktur 138 angeordnet ist.
Eine transparente organische Schicht 154 wird in einem Bereich mit Ausnahme des Gateanschlusses 110 und des Datenanschlusses 136 ausgebildet.
Obwohl nicht in der Figur gezeigt, ist eine ohmsche Kontaktschicht zwischen der aktiven Schicht 132 und der Sourceelektrode 140 und Drainelektrode 142 ausgebildet. Die aktive Schicht 132 ist aus amorphem Silizium hergestellt, und die ohmsche Kontaktschicht ist aus dotiertem amorphem Silizium hergestellt. Eine erste Struktur 135 und eine zweite Struktur 139, welche das amorphe Silizium und das dotierte amorphe Silizium aufweisen, sind unter der Datenleitung 134 bzw. der metallischen Struktur 138 ausgebildet.
7A bis 7H, 8A bis 8H und 9A bis 9H zeigen ein Herstellungsverfahren eines Matrixsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung, und stellen jeweils Querschnitte entlang der Linie VII-VII, der Linie VIII-VIII bzw. der Linie IX-IX aus 6 dar.
Als erstes werden, wie in 7A, 8A und 9A gezeigt, eine Gateleitung 112, eine Gateelektrode 114 und ein Gateanschluss 110 auf einem transparenten isolierenden Substrat 100 ausgebildet, indem eine erste metallische Schicht aufgebracht und die erste metallische Schicht mittels eines ersten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer ersten Maske strukturiert wird. Die Gateelektrode 114 erstreckt sich von der Gateleitung 112 und der Gateanschluss 110 ist an einem Ende der Gateleitung 112 angeordnet. Um eine RC-Verzögerung zu verhindern, ist die Verwendung von Aluminium (Al), welches einen relativ niedrigen spezifischen Widerstand aufweist, als Gateelektrodenmaterial verbreitet. Allerdings wird reines Aluminium leicht durch Säure korrodiert und kann Leitungsdefekte aufgrund von Hügeln in dem nachfolgenden Prozess bei hohen Temperaturen hervorrufen. Daher kann auch eine Aluminiumlegierung oder eine Doppelschicht mit Aluminium und einem weiteren metallischen Material verwendet werden.
Als nächstes werden eine Gateisolierungsschicht 116, eine Schicht 118 aus amorphem Silizium, eine Schicht 120 aus dotiertem amorphem Silizium und eine zweite metallische Schicht 124 aufeinanderfolgend auf dem Substrat 100, welches die Gateleitung 112, die Gateelektrode 114 und den Gateanschluss 110 enthält, ausgebildet. Die Gateisolierungsschicht 116 ist aus anorganischem isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt. Die Gateisolierungsschicht 116 kann aus einem anorganischen isolierenden Material wie beispielsweise Benzoyclobuten (BCB) und Acrylharz ausgebildet sein. Die zweite metallische Schicht 124 ist aus Chrom, Molybdän, Wolfram oder Tantal (Ta) hergestellt.
Wie in 7B, 8B und 9B gezeigt ist, wird eine Photoresistschicht 126 auf der zweiten metallischen Schicht 124 mittels einer Photoresist-Beschichtung ausgebildet. Eine zweite Maske 150, welche einen durchlässigen Abschnitt E, einen undurchlässigen Abschnitt F und einen halbdurchlässigen Abschnitt G aufweist, wird über der Photoresistschicht 126 mit Abstand zu dieser aufgebracht. Der halbdurchlässige Abschnitt G kann Schlitze aufweisen, die einem Kanal eines Dünnschichttransistors entsprechen. Die Photoresistschicht 126 kann von positivem Typ sein, und ein belichteter Abschnitt kann entwickelt und entfernt werden. Nachfolgend wird die Photoresistschicht 126 belichtet, und die dem halbdurchlässigen Abschnitt G entsprechende Photoresistschicht 126 wird weniger als die dem durchlässigen Abschnitt E entsprechende Photoresistschicht 126 belichtet.
Als nächstes wird, wie in 7C, 8C und 9C gezeigt ist, die Photoresistschicht 126 aus 7B, 8B und 9B entwickelt, und eine Photoresiststruktur 126a mit unterschiedlichen Dicken wird ausgebildet. Eine Photoresiststruktur 126a der ersten Dicke entspricht dem undurchlässigen Abschnitt F von 7B, 8B und 9B, und eine Photoresiststruktur 126a der zweiten Dicke, welche dünner als die erste Dicke ist, entspricht dem halbdurchlässigen Abschnitt G aus 7B.
Wie in 7D, 8D und 9D gezeigt ist, werden die zweite metallische Schicht 124, die Schicht 120 aus dotiertem amorphem Silizium und die Schicht 118 aus amorphem Silizium von 7C, 8C und 9C, die über die Photoresiststruktur 126a freigelegt werden, entfernt. Folglich werden eine Source- und Drainstruktur 128, eine Datenleitung 134 gemäß 6, ein Datenanschluss 136, eine Struktur 130a aus dotiertem amorphem Silizium und eine aktive Schicht 132 ausgebildet. Die zweite metallische Schicht 124 aus 7C, 8C und 9C wird mittels eines Nassätzverfahrens geätzt, und die dotierte amorphe Siliziumschicht 120 und die amorphe Siliziumschicht 118 aus 7C, 8C und 9C werden mittels eines Trockenätzverfahrens strukturiert. Die Source- und Drainstruktur 128 wird über der Gateelektrode 114 ausgebildet und an eine Datenleitung 134 aus 6 angeschlossen, welche sich vertikal in der Fig. erstreckt. Die Struktur 130a aus dotiertem amorphem Silizium und die aktive Schicht 132 besitzen die selbe Form wie die Source- und Drainstruktur 128 und die Datenleitung 134. Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine inselförmige metallische Struktur 138 über der Gateleitung 112 ausgebildet. Eine erste Struktur 135 und eine zweite Struktur 139, welche die Schicht aus amorphem Silizium und die Schicht aus dotiertem amorphem Silizium enthalten, werden ausgebildet. Die erste Struktur 135 ist unter der (nicht gezeigten) Datenleitung und dem Datenanschluss 136 angeordnet, und die zweite Struktur 139 ist unter der metallischen Struktur 138 angeordnet. Hierbei wird die Gateisolierungsschicht 116 ebenfalls geätzt, und das Substrat 110 und der Gateanschluss 110 können freigelegt werden.
Als nächstes wird, wie in 7E, 8E und 9E gezeigt ist, die Photoresiststruktur 126a der zweiten Dicke mittels eines Veraschungsprozesses entfernt, und folglich wird die Source- und Drainstruktur 128 freigelegt. Hierbei wird auch die Photoresiststruktur 126a der ersten Dicke partiell entfernt, und die Photoresiststruktur 126a der ersten Dicke wird dünner. Zusätzlich werden Ränder der Photoresiststruktur 126a entfernt, und die metallischen Strukturen 128, 136 und 138 werden freigelegt.
Wie in 7F, 8F und 9F gezeigt ist, werden die Source- und Drainstruktur 128 und die Struktur 130a aus dotiertem amorphem Silizium von 7E, welche mittels der Photoresiststruktur 126a von 7E freigelegt wurden, geätzt. Folglich werden Source- und Drainelektroden 140 und 142 und eine ohmsche Kontaktschicht 130 ausgebildet, und die aktive Schicht 132 wird freigelegt. Die freigelegte aktive Schicht 132 zwischen der Sourceelektrode 40 und der Drainelektrode 42 wird ein Kanal eines Dünnschichttransistors und entspricht dem halbdurchlässigen Abschnitt G der zweiten Maske 150 aus 7B. Die Sourceelektrode 140 und die Drainelektrode 142 sind im Abstand voneinander angeordnet. Wenn die Source- und Drainstruktur 28 aus 7E aus Molybdän (Mo) gebildet ist, können die Source- und Drainstruktur 28 und die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium von 3E mittels des Trockenätzverfahrens zur gleichen Zeit entfernt werden. Wenn jedoch die Source- und Drainstruktur 28 aus Chrom (Cr) hergestellt ist, wird die Source- und Drainstruktur 28 mittels des Nassätzverfahrens geätzt, und anschließend die Struktur 30a aus dotiertem amorphem Silizium mittels des Trockenätzverfahrens entfernt.
Wie oben ausgeführt, werden die Sourceelektrode 140 und Drainelektrode 142, die Datenleitung 134, der Datenanschluss 136, die metallische Schicht 138, die ohmsche Kontaktschicht 130 und die aktive Schicht 132 mittels eines zweiten Maskierungsprozesses unter Verwendung der zweiten Maske von 7B, 8B und 9B ausgebildet.
Anschließend wird die Photoresiststruktur 126a entfernt, und eine Pixelelektrode 146, eine Gateanschlussstelle 148 und eine Datenanschlussstelle 150 werden auf dem Substrat 100 ausgebildet, welches die Source- und Drainelektroden 140 und 142 enthält, indem ein transparentes leitfähiges Material wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) und Indium-Zink-Oxid (IZO) aufgebracht wird und das transparente leitfähige Material mittels eines dritten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer dritten Maske strukturiert wird. Die Pixelelektrode 146 wird nicht nur an die Drainelektrode 142, sondern auch an die metallische Struktur 138 mit seitlichen Kontakten angeschlossen. Die Gateanschlussstelle 148 und die Datenanschlussstelle 150 stehen jeweils mit dem Gateanschluss 110 und dem Datenanschluss 136 in Kontakt.
Eine erste Passivierungsschicht 152 wird auf der Pixelelektrode 146, der Gateanschlussstelle 148 und der Datenanschlussstelle 150 aufgebracht, indem ein anorganisches Material wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) und Siliziumdioxid (SiO₂) bei einer Temperatur von etwa 300°C abgeschieden wird. Die erste Passivierungsschicht 152 weist eine Dicke im Bereich von etwa 500 Å bis etwa 1000 Å auf. Die erste Passivierungsschicht 152 aus anorganischem isolierenden Material steht mit der aktiven Schicht in besserem Kontakt als ein organisches isolierendes Material. Zu diesem Zeitpunkt werden die Pixelelektrode 146, die Gateanschlussstelle 148 und die Datenanschlussstelle 150 aus der amorphen Phase in eine kristalline Phase überführt.
Wie in 7G, 8G und 9G gezeigt ist, wird eine zweite Passivierungsschicht 154 auf der ersten Passivierungsschicht 152 mit Ausnahme des Gateanschlusses 110 und des Datenanschlusses 136 durch Aufdrucken eines transparenten organischen Materials ausgebildet. Das transparente organische Material kann beispielsweise aus Polyimid hergestellt sein. Nachfolgend wird eine von der zweiten Passivierungsschicht 156 freigelegte erste Passivierungsschicht 154 trockengeätzt.
Anschließend werden, wie in 7H, 8H und 9H gezeigt ist, die Gateanschlussstelle 148 und die Datenanschlussstelle 150 freigelegt. Die zweite Passivierungsschicht 154 kann als Ausrichtungsschicht mittels Reibens einer Oberfläche der zweiten Passivierungsschicht 154 verwendet werden.
Auf diese Weise wird das Matrixsubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von drei Masken hergestellt. Daher verringert das Verfahren zur Herstellung des Matrixsubstrats gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der Prozessschritte und die Kosten und erhöht die Produktivität.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ausbilden einer Gateleitung, eines Gateanschlusses und einer Gateelektrode auf einem Substrat; Ausbilden einer Gateisolierungsschicht auf der Gateleitung, der Gateelektrode und dem Gateanschluss; Ausbilden einer aktiven Schicht auf der Gateisolierungsschicht; Ausbilden einer ohmschen Kontaktschicht auf der aktiven Schicht; Ausbilden einer Datenleitung, eines Datenanschlusses, und von Sourceelektrode und Drainelektrode auf der ohmschen Kontaktschicht; Ausbilden einer Pixelelektrode auf der Sourceelektrode und der Drainelektrode, wobei die Pixelelektrode die Drainelektrode kontaktiert; Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht auf dem Substrat einschließlich der Pixelelektrode; Ausbilden einer zweiten Passivierungsschicht auf der ersten Passivierungsschicht, wobei die zweite Passivierungsschicht die erste Passivierungsschicht über dem Gateanschluss und dem Datenanschluss freilegt; und Strukturieren der von der zweiten Passivierungsschicht freigelegten ersten Passivierungsschicht zum Freilegen des Gateanschlusses und des Datenanschlusses.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Passivierungsschicht mittels eines Bedruckverfahrens ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Passivierungsschicht aus Polyimid hergestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ferner ein Schritt des Reibens der zweiten Passivierungsschicht durchgeführt wird, so dass die zweite Passivierungsschicht als Ausrichtungsschicht ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Passivierungsschicht aus einem anorganischen isolierenden Material wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumdioxid (SiO₂) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Passivierungsschicht bei Temperaturen von etwa 300°C hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Passivierungsschicht eine Dicke im Bereich von etwa 50 nm bis 100 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schritte des Ausbildens der aktiven Schicht auf der Gateisolierungsschicht, Ausbildens der ohmschen Kotaktschicht, und Ausbildens der Datenleitung, des Datenanschlusses und der Sourceelektrode und der Drainelektrode mittels eines Photolithographieprozesses durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Photolithographieprozess unter Verwendung einer Maske durchgeführt wird, die einen durchlässigen Abschnitt, einen undurchlässigen Abschnitt und einen halbdurchlässigen Abschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der halbdurchlässige Abschnitt Schlitze aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Photolithographieprozess einen Schritt des Ausbildens einer Photoresiststruktur mit einer ersten Dicke und einer zweiten Dicke, die geringer als die erste Dicke ist, aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Photoresiststruktur der ersten Dicke dem undurchlässigen Abschnitt der Maske und die Photoresiststruktur der zweiten Dicke dem halbdurchlässigen Abschnitt entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Photoresiststruktur vom positiven Typ ist, so dass ein belichteter Abschnitt entwickelt und entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die aktive Schicht die gleiche Form wie die Datenleitung, die Sourceelektrode, die Drainelektrode und der Datenanschluss mit Ausnahme eines Abschnittes zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die ohmsche Kontaktschicht die gleiche Form wie die Datenleitung, die Sourceelektrode, die Drainelektrode und der Datenanschluss aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Schritt des Ausbildens einer Pixelelektrode den Schritt des Ausbildens einer Gateanschlussstelle und einer Datenanschlussstelle aufweist, wobei die Gateanschlussstelle den Gateanschluss kontaktiert und die Datenanschlussstelle den Datenanschluss kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schritt des Ausbildens der Datenleitung, des Datenanschlusses und der Sourceelektrode und der Drainelektrode den Schritt des Ausbildens einer metallischen Struktur aufweist, welche die Gateleitung überlappt und die Pixelelektrode kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Gateleitung, die Gateelektrode und der Gateanschluss aus einer Doppelschicht hergestellt sind, welche Aluminium enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Datenleitung, der Datenanschluss und die Sourceelektrode und die Drainelektrode Chrom, Molybdän, Wolfram oder Tantal aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Schritt des Ausbildens der Datenleitung, des Datenanschlusses und der Sourceelektrode und der Drainelektrode und der Schritt des Ausbildens der ohmschen Kontaktschicht mittels eines Trockenätzverfahrens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Datenleitung, der Datenanschluss und die Sourceelektrode und die Drainelektrode aus Molybdän hergestellt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Schritt des Ausbildens der Datenleitung, des Datenanschlusses und der Sourceelektrode und der Drainelektrode mittels eines Nassätzverfahrens und der Schritt des Ausbildens der ohmschen Kontaktschicht mittels eines Trockenätzverfahrens durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Datenleitung, der Datenanschluss und die Sourceelektrode und die Drainelektrode aus Chrom hergestellt sind.