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Diese Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil
der Koreanischen Patentanmeldungen 2002-069578, eingereicht am 11.
November 2002, und 2003-065240, eingereicht am 19. September 2003.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Flüssigkristallanzeige(LCD,
Liquid Crystal Display)-Vorrichtung,
und insbesondere ein Matrixsubstrat (array substrate) für die Flüssigkristallanzeigevorrichtung und
ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Im allgemeinen weist eine Flüssigkristallanzeige
(LCD)-Vorrichtung
zwei Substrate, die im Abstand voneinander und einander gegenüberliegend angeordnet
sind, sowie eine Flüssigkristallschicht auf,
die zwischen den beiden Substraten angeordnet ist. Jedes der Substrate
weist eine Elektrode auf, und die Elektroden eines jeden Substrats
sind ebenfalls einander gegenüberliegend
angeordnet. An jede Elektrode wird eine Spannung angelegt, und somit zwischen
den Elektroden ein elektrisches Feld induziert. Die Ausrichtung
der Flüssigkristallmoleküle wird
geändert,
indem die Intensität
oder die Richtung des angelegten elektrischen Feldes variiert wird.
Die LCD-Vorrichtung zeigt ein Bild an, indem die Lichtdurchlässigkeit
gemäß der Anordnung
der Flüssigkristallmoleküle variiert
wird.
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Eine Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren detailliert
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung 11 gemäß dem Stand
der Technik. Diese weist ein oberes Substrat 5 und ein
unteres Substrat 22 auf, die im Abstand voneinander und
einander gegenüberliegend
angeordnet sind, sowie eine Flüssigkristallschicht 15,
die zwischen dem oberen Substrat 5 und dem unteren Substrat 22 angeordnet
ist.
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Das obere Substrat 5 weist
auf der Innenseite (d.h. die dem unteren Substrat 22 gegenüberliegende
Seite) nacheinander eine schwarze Matrix 6, eine Farbfilterschicht 7 und
eine gemeinsame Elektrode 9 auf. Die schwarze Matrix 6 besitzt Öffnungen. Die
Farbfilterschicht 7 entspricht den Öffnungen in der schwarzen Matrix 6 und
weist drei Sub-Farbfilter roter (R), grüner (G) und blauer (B) Farbe
auf. Die gemeinsame Elektrode 9 ist auf dem Farbfilter 7 ausgebildet
und transparent.
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Zumindest eine Gateleitung 12 und
zumindest eine Datenleitung 34 sind auf der Innenseite (d.h.
die dem oberen Substrat 5 gegenüberliegende Seite) 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 ein Schaltelement am Schnittpunkt der Gateleitung 12 und
der Datenleitung 34 ausgebildet. Der Dünnschichttransistor T weist
eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode
auf. Eine Vielzahl solcher Dünnschichttransistoren
ist in Matrixform derart angeordnet, dass sie anderen Schnittpunkten
von Gate- und Datenleitungen entsprechen. Eine Pixelelektrode 56,
die an den Dünnschichttransistor
T angeschlossen ist, ist innerhalb des Pixelbereichs P ausgebildet.
Die Pixelelektrode 56 entspricht den Sub-Farbfiltern und
ist aus einem transparenten leitfähigen Material wie beispielsweise
Indium-Zinn-Oxid (ITO) hergestellt, das Licht relativ gut durchlässt. Das
untere Substrat 22, das die Dünnschichttransistoren T und
Pixelelektroden 56 in Matrixform angeordnet aufweist, wird
im allgemeinen als Matrixsubstrat (array substrate) bezeichnet.
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Bei Betrieb wird ein Abtastimpuls
an die Gateelektrode des Dünnschichttransistors
T durch die Gateleitung 12 angelegt, und ein Datensignal
wird an die Sourceelektrode des Dünnschichttransistors T durch
die Datenleitung 34 angelegt.
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Die Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung 11 wird
gemäß der elektrischen
und optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls 15 betrieben.
Der Flüssigkristall 15 besteht
aus dielektrischem anisotropen Material, das die Fähigkeit
zu spontaner Polarisation aufweist. Wenn eine Spannung angelegt
wird, bildet der Flüssigkristall 15 durch
spontane Polarisation einen Dipol aus, und damit werden die Flüssigkristallmoleküle durch
ein elektrisches Feld angeordnet. Zusätzlich erfolgt die optische
Modulation ausgehend von den optischen Eigenschaften des Flüssigkristalls,
welche entsprechend der Anordnung des Flüssigkristalls variieren. Bilder
der Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung
werden erzeugt, indem die Lichtdurchlässigkeit gemäß der optischen
Modulation gesteuert wird.
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Da die Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung
mit Hilfe eines komplizierten Verfahrens hergestellt wird, wurden
Versuche unternommen, Herstellungszeit und Kosten durch Vereinfachung
des Verfahrens zu reduzieren.
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Dazu wurde in einem Verfahren das
Matrixsubstrat für
die Flüssigkristallanzeige
(LCD)-Vorrichtung mit Hilfe eines Prozesses hergestellt, das vier Masken
benützt,
und das als Vier-Masken-Prozess bezeichnet wird, um es von Verfahren,
die fünf
bis sieben Masken verwenden, zu unterscheiden.
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2 zeigt
eine Aufsicht eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung,
die mit Hilfe eines Vier-Masken-Prozesses gemäß dem Stand der Technik hergestellt
wurde. Eine Gateleitung 12 und eine Datenleitung 34 kreuzen
einander dabei derart, dass sie einen Pixelbereich P definieren.
Ein Dünnschichttransistor
T ist als ein Schaltelement am Schnittpunkt der Gateleitung 12 und
der Datenleitung 34 ausgebildet. An einem Ende der Gateleitung 12 ist
ein Gateanschluss 10 ausgebildet und an einem Ende der Datenleitung 34 ein
Datenanschluss 36. Eine Gateanschlussstelle 58 und
eine Datenanschlussstelle 60, die eine inselförmige Gestalt
aufweisen und aus transparentem leitfähigen Material bestehen, überlappen
den Gateanschluss 10 bzw. den Datenanschluss 36.
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Der Dünnschichttransistor T weist
eine Gateelektrode 14, die mit der Gateleitung 12 verbunden
ist und Abtastsignale empfängt,
eine Sourceelektrode 40, die mit der Datenleitung 34 verbunden
ist und Datensignale empfängt,
und eine Drainelektrode 42 auf, die im Abstand von der
Sourceelektrode 40 angeordnet ist. Zusätzlich weist der Dünnschichttransistor
T eine aktive Schicht 32 zwischen der Gateelektrode 14 und
den Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42 auf.
Eine Metallstruktur 38 in Inselform überlappt die Gateleitung 12.
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Eine Pixelelektrode 56 ist
innerhalb des Pixelbereichs P ausgebildet und mit der Drainelektrode 42 verbunden.
Die Pixelelektrode 56 erstreckt sich oberhalb der Gateleitung 12 und
ist somit auch mit der Metallstruktur 38 verbunden. Die
Gateleitung 12 und die Metallstruktur 38 fungieren
als erste bzw. zweite Speicherkonsensatorelektrode und bilden einen
Speicherkondensator Cst mit einer Gateisolationsschicht (nicht gezeigt)
aus, die zwischen der Gateleitung 12 und der Metallstruktur 38 angeordnet ist.
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Obwohl in der Figur nicht gezeigt,
ist zwischen der aktiven Schicht 32 und den Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42 eine
ohmsche Kontaktschicht ausgebildet. Die aktive Schicht 32 besteht aus
amorphem Silizium und die ohmsche Kontaktschicht aus dotiertem amorphen
Silizium. Eine erste Struktur 35 und eine zweite Struktur 29,
die das amorphe Silizium bzw. das dotierte amorphe Silizium aufweisen,
sind unterhalb der Datenleitung 34 bzw. der Metallstruktur 38 ausgebildet.
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Wie bereits erwähnt, wird das Matrixsubstrat nach 2 unter Verwendung von vier
Masken hergestellt, und Herstellungsverfahren für ein Matrixsubstrats werden
nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
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Die 3A-3G, 4A-4G und 5A-5G zeigen Querschnittsansichten entlang
der Linien III-III',
IV-IV' bzw. V-V' in 2, die ein Herstellungsverfahren für ein Matrixsubstrat
gemäß dem Stand
der Technik zeigen.
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Wie in den 3A, 4A und 5A dargestellt, werden eine
Gateleitung 12, eine Gateelektrode 14 und ein
Gateanschluss 10 auf einem transparenten isolierenden Substrat 22 ausgebildet,
indem eine erste metallische Schicht abgeschieden und mit Hilfe
eines ersten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer ersten
Maske, i.e. einem ersten Maskierungsprozess, strukturiert wird.
Die Gateleitung 12, die Gateelektrode 14 und der
Gateanschluss 10 bestehen aus einem metallischem Material
wie zum Beispiel Aluminium (Al), einer Aluminiumlegierung, Molybdän (Mo),
Wolfram (W) und Chrom (Cr). Die Gateleitung 12, die Gateelektrode 14 und
der Gateanschluss 10, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
hergestellt werden, können
aus einer Doppelschicht gebildet werden, die Molybdän oder Chrom
aufweist.
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Als nächstes werden eine Gateisolationsschicht 16,
eine Schicht 18 aus amorphem Silizium, eine Schicht 20 aus
dotiertem amorphen Silizium und eine zweite metallische Schicht 24 nacheinander
auf dem Substrat 22 abgeschieden, das die Gateleitung 12,
die Gateelektrode 14 und den Gateanschluss 10 aufweist.
Die Gateisolationsschicht 16 fungiert als eine erste isolierende
Schicht und besteht aus einem anorganischen Isolationsmaterial wie
zum Beispiel Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumdioxid (SiO2). Die zweite metallische Schicht 24 wird
aus Chrom, Molybdän,
Wolfram oder Tantal (Ta) ausgebildet.
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Wie in 3B, 4B und 5B dargestellt, wird eine Fotolackschicht 26 auf
der zweiten metallischen Schicht 24 ausgebildet, indem
ein Fotolack aufgebracht wird. Die Fotolackschicht 26 kann
von positivem Typ sein, wobei ein belichteter Abschnitt entwickelt
und entfernt wird.
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Anschließend wird die Fotolackschicht 26 belichtet.
Eine zweite Maske 70, die einen durchlässigen Abschnitt A, einen undurchlässigen Abschnitt
B und einen halbdurchlässigen
Abschnitt C (der als Schlitzabschnitt bezeichnet werden kann) besitzt, wird
im Abstand oberhalb der Fotolackschicht 26 angeordnet.
Der halbdurchlässige
Abschnitt C entspricht der Gateelektrode 14. Der dem halbdurchlässigen Abschnitt
C entsprechende Abschnitt der Fotolackschicht 26 ist weniger
stark exponiert als der dem durchlässigen Abschnitt A entsprechende
Abschnitt der Fotolackschicht 26.
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Wie in 3C, 4C und 5C gezeigt, wird die exponierte Fotolackschicht 26 (in 3B, 4B und 5B) entwickelt,
wobei eine Fotolackstruktur 26a ausgebildet wird. Aufgrund
der unterschiedlichen Durchlässigkeitsgrade
der Abschnitte der zweiten Maske 70 besitzt die Fotolackstruktur 26a unterschiedliche
Dicken. Eine Fotolackstruktur 26a mit einer ersten Dicke
entspricht dem undurchlässigen
Abschnitt B in 3B, 4B und 5B, und eine Fotolackstruktur 26a mit
einer zweiten Dicke, welche geringer als die erste Dicke ist, entspricht
dem halbdurchlässigen
Abschnitt C in 3B, 4B und 5B.
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Wie in 3D, 4D und 5D gezeigt, werden die zweite metallische
Schicht 24, die Schicht 20 aus dotiertem amorphen
Silizium und die Schicht 18 aus amorphem Silizium aus 3C, 4C und 5C,
die durch die Fotolackstruktur 26a exponiert wurden, entfernt.
Folglich werden eine Source- und Drainstruktur 28, die
Datenleitung 34 aus 2,
ein Datenanschluss 36, eine Struktur 32a aus dotiertem amorphen
Silizium und eine aktive Schicht 30 ausgebildet. Die zweite
metallische Schicht 24 aus 3C, 4C und 5C wird mittels eines Nassätzverfahrens
geätzt,
und die Schicht 20 aus dotiertem amorphen Silizium und
die Schicht 18 aus amorphem Silizium aus 3C, 4C und 5C werden mittels eines Trockenätzverfahrens
strukturiert. Die Source- und Drainstruktur 28 wird oberhalb
der Gateelektrode 14 ausgebildet und ist mit der Datenleitung 34 aus 2 verbunden, die sich im
Kontext der Figur vertikal erstreckt. Die Struktur 32a aus
dotiertem amorphen Silizium und die aktive Schicht 30 haben
die gleiche Form wie die Source- und Drainstruktur 28 und
die Datenleitung 34.
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Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine
inselförmige
Metallstruktur 38 oberhalb der Gateleitung 12 ausgebildet.
Eine erste Struktur 35 und eine zweite Struktur 29,
die eine Schicht aus amorphem Silizium und eine Schicht aus dotiertem
amorphen Silizium aufweisen, werden ausgebildet. Die erste Struktur 35 liegt
unterhab der Datenleitung 34 und des Datenanschlusses 36,
die zweite Struktur 29 liegt unterhalb der Metallstruktur 38.
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Als nächstes wird, wie in 3E, 4E und 5E dargestellt,
die Fotolackstruktur 26a mit der zweiten Dicke mit Hilfe
eines Veraschungsprozesses entfernt, wodurch die Source- und Drainstruktur
exponiert wird. Hierbei wird die Fotolackstruktur 26a mit der
ersten Dicke ebenfalls partiell entfernt, wodurch die Dicke der
Fotolackstruktur 26a mit der ersten Dicke reduziert wird.
Zusätzlich
werden die Kanten der Fotolackstruktur 26a entfernt und
die Metallstrukturen 28, 36 und 38 exponiert.
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Wie in 3F, 4F und 5F gezeigt, werden die Source- und Drainstruktur 28 und
die Struktur 32a aus dotiertem amorphen Silizium (in 3E) geätzt, die durch die Fotolackstruktur 26a (in 3E) exponiert wurden.
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Damit werden die Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42 und
eine ohmsche Kontaktschicht 32 ausgebildet und die aktive
Schicht 30 wird exponiert. Die exponierte aktive Schicht 30 zwischen
den Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42 wird
zu einem Kanal CH eines Dünnschichttransistors.
Die Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42 sind
im Abstand voneinander angeordnet. Ein Bereich zwischen den Source-
und Drainelektroden 40 bzw. 42 entspricht dem
halbdurchlässigen
Abschnitt C der zweiten Maske 70 aus 3B.
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Falls die Source- und Drainstruktur 28 (in 3E) aus Molybdän (Mo) besteht,
können
die Source- und Drainstruktur 28 und die Struktur 32a aus
dotiertem amorphen Silizium (in 3E)
zugleich mittels eines Trockenätzverfahrens
entfernt werden. Falls jedoch die Source- und Drainstruktur 28 aus
Chrom (Cr) besteht, wird die Source- und Drainstruktur 28 mittels
eines Nassätzverfahrens
geätzt und
im Anschluss die Struktur 32a aus dotiertem amorphen Silizium
(in 3E) mittels eines
Trockenätzverfahrens
entfernt.
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Wie bereits erwähnt, werden die Source- und Drainelektroden 40 bzw. 42,
die Datenleitung 34, der Datenanschluss 36, die
Metallstruktur 38, die ohmsche Kontaktschicht 32 und
die aktive Schicht 30 mit Hilfe eines zweiten Photolithographieprozesses
unter Verwendung der zweiten Maske 70 (in 3B, 4B und 5B) ausgebildet.
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Als nächstes wird die Fotolackstruktur 26a entfernt,
und eine Passivierungsschicht 46 wird als zweite isolierende
Schicht auf der Datenleitung 34, der Source- und Drainelektrode 40 bzw. 42,
dem Datenanschluss 36 und der Metallstruktur 38 durch
Aufbringen eines transparenten organischen Materials wie beispielsweise
Benzcyclobuten (BCB) oder Acrylharz oder durch Abscheiden eines
anorganischen Materials wie zum Beispiel Siliziumnitrid (SiNx) oder
Siliziumdioxid (SiO2) ausgebildet. Die Passivierungsschicht 46 wird
zusammen mit der Gateisolationsschicht 16 mit Hilfe eines
dritten Photolithographieprozesses unter Verwendung einer dritten
Maske strukturiert, und eine Drainkontaktöffnung 48, eine Speicherkontaktöffnung 50,
eine Gateanschlusskontaktöffnung 52 und
eine Datenanschlusskontaktöffnung 54 werden
ausgebildet. Die Drainkontaktöffnung 48,
die Speicherkontaktöffnung 50,
die Gateanschlusskontaktöffnung 52 und
die Datenanschlusskontaktöffnung 54 exponieren
die Drainelektrode 42, die Metallstruktur 38,
den Gateanschluss 10 bzw. den Datenanschluss 36.
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Wie in den 3G, 4G und 5G gezeigt, 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) oder Indium-Zink-Oxid
(IZO) abgeschieden und mit Hilfe eines vierten Photolithographieprozesses
unter Verwendung einer vierten Maske strukturiert wird. Die Pixelelektrode 56 ist
nicht über
die Drainkontaktöffnung 48 mit
der Drainelektrode 42 verbunden, sondern auch über die
Speicherkontaktöffnung 50 mit
der Metallstruktur 38. Die Gateanschlussstelle 58 ist über die
Gateanschlusskontaktöffnung 52 mit
dem Gateanschluss 10 verbunden und die Datenanschlussstelle 60 über die Datenanschlusskontaktöffnung 54 mit
dem Datenanschluss 36.
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Wie bereits erwähnt, wird das Matrixsubstrat mit
Hilfe von Photolithographieprozessen unter Verwendung einer Maske,
d.h. eines Maskierungsverfahrens, hergestellt. Der Photolithographieprozess weist
mehrere Schritte auf: Reinigung, Aufbringen einer Fotolackschicht,
Exposition mit Hilfe einer Maske, Entwicklung der Fotolackschicht
und Ätzung.
Daher könnten
die Herstellungszeit, Kosten und Fehlschläge durch Verminderung der Zahl
der Photolithographieprozesse gesenkt werden.
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Dementsprechend ist die Erfindung
auf ein Matrixsubstrat für
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
und ein Verfahren zu dessen Herstellung gerichtet, das ein oder
mehrere Probleme aufgrund der Beschränkungen und Nachteile des Standes
der Technik im wesentlichen vermeidet.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
darin, ein Matrixsubstrat für
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, das die
Produktivität
aufgrund kürzerer Verfahren
und geringerer Kosten erhöht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und
teilweise aus der Beschreibung oder durch Ausübung der Erfindung deutlich.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden mittels des Aufbaus realisiert
und erreicht, wie er in der Beschreibung und den Patentansprüchen sowie
in den beigefügten
Abbildungen dargelegt ist.
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Um diese und weitere Vorteile zu
erreichen und gemäß der Zielsetzung
der Erfindung, wie sie beispielhaft ausgeführt und allgemein beschrieben ist,
weist ein Matrixsubstrat für
eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
auf: eine Gateleitung und einen Gateanschluss auf einem Substrat,
eine Datenleitung und einen Datenanschluss auf dem Substrat, das
die Gateleitung und den Gateanschluss aufweist, wobei die Datenleitung
die Gateleitung derart kreuzt, dass ein Pixelbereich definiert wird,
einen Dünnschichttransistor
am Schnittpunkt der Gate- und
Datenleitung, der eine Gateelektrode, eine aktive Schicht, eine
Sourceelektrode und eine Drainelektrode aufweist, eine Passivierungsschicht,
die auf der gesamten Oberfläche
des Substrats bereitgestellt wird, welches den Dünnschichttransistor aufweist, wobei
die Passivierungsschicht geätzt
wird, um das Substrat im Pixelbereich, einen Teil der Drainelektrode,
den Gateanschluss und den Datenanschluss zu exponieren, und eine
Pixelelektrode, eine Gateanschlussstelle und eine Datenanschlussstelle
auf dem Substrat, welches die Passivierungsschicht aufweist, wobei
die Pixelelektrode in direktem Kontakt mit dem exponierten Teil
der Drainelektrode steht, die Gateanschlussstelle in Kontakt mit
dem Gateanschluss steht und die Datenanschlussstelle in Kontakt
mit dem Datenanschluss steht.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung
weist ein Verfahren zur Herstellung eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung
auf: Ausbilden einer Gateleitung, eines Gateanschlusses und einer
Gateelektrode auf einem Substrat mit Hilfe eines ersten Maskierungsprozesses,
Ausbilden einer Datenleitung, eines Datenanschlusses, einer Sourceelektrode,
einer Drainelektrode und einer aktiven Schicht auf dem Substrat,
das die Gateleitung, den Gateanschluss und die Gateelektrode aufweist,
mit Hilfe eines zweiten Maskierungsprozesses, wobei die Datenleitung
die Gateleitung derart kreuzt, dass ein Pixelbereich definiert wird,
sich die Sourceelektrode von der Datenleitung erstreckt, die Drainelektrode
im Abstand von der Sourceelektrode angeordnet ist, und die aktive
Schicht zwischen der Gateelektrode und den Source- und Drainelektroden
angeordnet ist, Ausbilden einer Passivierungsschicht auf der gesamten
Oberfläche
des Substrats, das die Datenleitung, die Sourceelektrode und die
Drainelektrode aufweist, mit Hilfe eines dritten Maskierungsprozesses,
wobei die Passivierungsschicht geätzt wird, um das Substrat im
Pixelbereich, einen Teil der Drainelektrode, den Gateanschluss und
den Datenanschluss zu exponieren, und Ausbilden einer Pixelelektrode,
einer Gateanschlussstelle und einer Datenanschlussstelle durch Abscheiden
eines transparenten leitfähigen
Materials auf der gesamten Oberfläche des Substrats, das die
Passivierungsschicht aufweist, wobei die Pixelelektrode in direktem
Kontakt mit dem exponierten Teil der Drainelektrode, die Gateanschlussstelle
in direktem Kontakt mit dem Gateanschluss und die Datenanschlussstelle
in direktem Kontakt mit dem Datenanschluss steht.
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Es versteht sich von selbst, dass
sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende
detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und dem tieferen
Verständnis
der beanspruchten Erfindung dienen sollen.
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Die beigefügten Abbildungen, die ein tieferes Verständnis der
Erfindung geben sollen und einen Teil der Beschreibung darstellen,
zeigen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer Flüssigkristallanzeige (LCD)-
Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
Aufsicht eines Matrixsubstrats für eine
Flüssigkristallanzeige
(LCD)-Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik;
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3A-3G, 4A-4G und 5A-5G Querschnittsansichten des Matrixsubstrats
aus 2 während eines
Herstellungsverfahrens gemäß dem Stand
der Technik;
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6 eine
Aufsicht eines Matrixsubstrats für eine
Flüssigkristallanzeige
(LCD)-Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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7A-7H, 8A-8H und 9A-9H Querschnittsansichten des Matrixsubstrats
aus 6 während eines
Herstellungsverfahrens gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung; und
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10, 11 und 12 Querschnittsansichten eines Matrixsubstrats
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung.
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Nachfolgend wird im Detail auf die
Ausführungsformen
der Erfindung Bezug genommen, welche in den beigefügten Abbildungen
dargestellt sind.
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6 zeigt
eine Aufsicht eines Matrixsubstrats für eine Flüssigkristallanzeige (LCD)-Vorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Wie in 6 gezeigt,
wird eine Vielzahl von Gateleitungen 102 und eine Mehrzahl
von Datenleitungen 132 auf einem transparenten isolierenden Substrat 100 ausgebildet.
Die Gateleitungen 102 und die Datenleitungen 132 kreuzen
einander derart, dass ein Pixelbereich P definiert wird. Ein Dünnschichttransistor
T ist als Schaltelement an jedem Schnittpunkt der Gateleitungen 102 und
der Datenleitungen 132 ausgebildet. An einem Ende der Gateleitung 102 ist
ein Gateanschluss 106 ausgebildet und an einem Ende der
Datenleitung 132 ein Datenanschluss 142. Eine Gateanschlussstelle 164 und
eine Datenanschlussstelle 166, die eine inselförmige Gestalt
aufweisen und aus transparentem leitfähigen Material bestehen, überlappen
den Gateanschluss 106 bzw. den Datenanschluss 142.
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Der Dünnschichttransistor T besteht
aus einer Gateelektrode 104, die zum Empfang von Abtastsignalen
mit der Gateleitung 102 verbunden ist, einer Sourceelektrode 136,
die zum Empfang von Datensignalen mit der Datenleitung 34 verbunden
ist, und einer Drainelektrode 138, die im Abstand von der Sourceelektrode 136 angeordnet
ist. Zusätzlich
weist der Dünnschichttransistor
T eine aktive Schicht 126 zwischen der Gateelektrode 104 und
der Source- und Drainelektrode 136 bzw. 138 auf.
Eine Metallstruktur 134 in Inselform überlappt die Gateleitung 102.
Die Metallstruktur 134 kann aus dem selben Material bestehen
wie die Datenleitung 132.
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Eine Pixelelektrode 162 ist
innerhalb eines jeden Pixelbereichs P ausgebildet und direkt ohne Kontaktöffnungen
an die Drainelektrode 138 und an die Metallstruktur 134 angeschlossen.
Die Gateleitung 102 und die Metallstruktur 134 38
fungieren als erste bzw. zweite Speicherkonsensatorelektrode und bilden
einen Speicherkondensator Cst mit einer Gateisolationsschicht (nicht
gezeigt) aus, die zwischen der Gateleitung 102 und der
Metallstruktur 134 angeordnet ist.
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Obwohl in der Figur nicht gezeigt,
ist zwischen der aktiven Schicht 126 und den Source- und Drainelektroden 136 bzw. 138 eine
ohmsche Kontaktschicht ausgebildet. Die aktive Schicht 126 besteht
aus amorphem Silizium und die ohmsche Kontaktschicht aus dotiertem
amorphen Silizium. Eine erste Struktur 130 und eine zweite
Struktur 131, die das amorphe Silizium bzw. das dotierte
amorphe Silizium aufweisen, werden ausgebildet. Die erste Struktur 130 liegt
unterhalb der Datenleitung 132 und des Datenanschlusses 142,
und die zweite Struktur 131 liegt unterhalb der Metallstruktur 134.
Kanten der aktiven Schicht 126 und der ersten bzw. zweiten Struktur
130 bzw. 131 (d.h.
die Schichten aus amorphem Silizium der ersten Struktur 130 bzw.
der zweiten Struktur 131) werden exponiert.
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Eine Passivierungsschicht 160 wird
auf der gesamten Oberfläche
des Substrats 100 ausgebildet, wobei die Pixelelektrode 162,
die Gateanschlussstelle 164 und die Datenanschlussstelle 166 exponiert werden.
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7A-7H, 8A-8H und 9A-9H veranschaulichen ein Verfahren zur
Herstellung eines Matrixsubstrats gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung und zeigen Querschnitte entlang der Linien VII-VII', VIII-VIII' bzw. IX-IX' in 6.
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Zunächst werden, wie in den 7A, 8A und 9A gezeigt,
eine Gateleitung 102, eine Gateelektrode 104 und
ein Gateanschluss 106 auf einem transparenten isolierenden
Substrat 100 ausgebildet, indem eine erste metallische
Schicht abgeschieden und mit Hilfe eines ersten Photolithographieprozesses
unter Verwendung einer ersten Maske, d.h. einem ersten Maskierungsprozess,
strukturiert wird. Wie oben erwähnt,
erstreckt sich die Gateelektrode 104 von der Gateleitung 102,
und der Gateanschluss 106 liegt an einem Ende der Gateleitung 102.
Die Gateleitung 102, die Gateelektrode 104 und
der Gateanschluss 106 werden aus metallischem Material
wie zum Beispiel Aluminium (Al), Molybdän (Mo), Wolfram (W) und Chrom
(Cr) oder Kombinationen davon gebildet. Um eine Verzögerung der
Widerstandskapazität
zu verhindern, wird verbreitet Aluminium (Al) als Material für die Gateelektrode
verwendet, das einen relativ geringen spezifischen Widerstand besitzt.
Reines Aluminium wird jedoch durch Säuren leicht korrodiert und
kann im weiteren Verfahren unter hohen Temperaturen Leitungsdefekte
aufgrund von Hügelbildung verursachen.
Daher kann eine Aluminiumlegierung oder eine Doppelschicht, die
Aluminium und ein anderes Metall wie beispielsweise Molybdän aufweist, verwendet
werden.
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Wie in 7B, 8B und 9B dargestellt, werden Gateisolationsschicht 108,
eine Schicht 110 aus amorphem Silizium, eine Schicht 112 aus
dotiertem amorphen Silizium und eine zweite metallische Schicht 114 nacheinander
auf dem Substrat 100 abgeschieden, das die Gateleitung 102,
die Gateelektrode 104 und den Gateanschluss 106 aufweist.
Die Gateisolationsschicht 108 besteht aus einem anorganischen
Isolationsmaterial wie zum Beispiel Siliziumnitrid (SiNx) oder Siliziumdioxid
(SiO2). Die Gateisolationsschicht 108 kann
auch aus einem organischen Isolationsmaterial wie beispielsweise
Benzcyclobuten (BCB) oder Acrylharz bestehen. Die zweite metallische
Schicht 114 wird entweder aus Chrom, Molybdän, Wolfram
oder Tantal (Ta) oder Kombinationen davon gebildet.
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Als nächstes wird eine Fotolackschicht 116 auf
der zweiten metallischen Schicht 114 ausgebildet, indem
ein Fotolack aufgebracht wird. Eine zweite Maske 170, die
einen durchlässigen
Abschnitt E, einen undurchlässigen
Abschnitt F und einen halbdurchlässigen
Abschnitt G besitzt, wird im Abstand oberhalb der Fotolackschicht 116 angeordnet.
Der halbdurchlässige
Abschnitt G kann Schlitze enthalten und entspricht einem Kanal des
Dünnschichttransistors.
Die Fotolackschicht 116 kann von positivem Typ sein, wobei
ein belichteter Abschnitt entwickelt und entfernt wird. Anschließend wird
die Fotolackschicht 116 belichtet. Der dem halbdurchlässigen Abschnitt G
entsprechende Abschnitt der Fotolackschicht 116 wird weniger
stark exponiert als der dem durchlässigen Abschnitt E entsprechende
Abschnitt der Fotolackschicht 116.
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Wie in 7C, 8C und 9C gezeigt, wird die Fotolackschicht 116 aus 7B, 8B und 9B entwickelt,
wobei eine Fotolackstruktur 120a ausgebildet wird, welche
unterschiedliche Dicken besitzt. Der Bereich der Fotolackstruktur 120a mit
der ersten Dicke entspricht dem undurchlässigen Abschnitt F (in 7B, 8B und 9B)
und der Bereich der Fotolackstruktur 120a mit einer zweiten
Dicke, welche geringer als die erste Dicke ist, entspricht dem halbdurchlässigen Abschnitt
G (in 7B, 8B und 9B).
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Wie in 7D, 8D und 9D gezeigt, werden die zweite metallische
Schicht 114, die Schicht 112 aus dotiertem amorphen
Silizium und die Schicht 110 aus amorphem Silizium (in 7C, 8C und 9C),
die durch die Fotolackstruktur 120a exponiert wurden, entfernt.
Folglich werden eine Source- und Drainstruktur 124, eine
Datenleitung 132, ein Datenanschluss 142, eine
Struktur 128a aus dotiertem amorphen Silizium und eine
aktive Schicht 126 ausgebildet. Zugleich wird eine inselförmige Metallstruktur 134 oberhalb
der Gateleitung 102 ausgebildet. Als nächstes wird die Fotolackstruktur 120a mit
einer zweiten Dicke mit Hilfe eines Veraschungsverfahrens entfernt,
wodurch der mittlere Abschnitt der Source- und Drainstruktur 124 exponiert
wird. Dabei wird die Fotolackstruktur 120a mit der ersten
Dicke ebenfalls partiell entfernt, wodurch die Dicke der Fotolackstruktur 120a mit
der ersten Dicke reduziert wird. Zusätzlich werden Kanten der Fotolackstruktur 120a entfernt
und die Metallstrukturen 124, 130, 134 und 142 exponiert.
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Zusätzlich werden eine erste Struktur 130 und
eine zweite Struktur 131 ausgebildet, welche die Schichten 130a und 131a aus
amorphem Silizium bzw. die Schichten 130b und 131b aus
dotiertem amorphen Silizium aufweisen. Die erste Struktur 130 liegt
unterhab der Datenleitung 132 und des Datenanschlusses 142,
und die zweite Struktur 131 liegt unterhalb der Metallstruktur 134.
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Die zweite metallische Schicht 114 (in 7C, 8C und 9C)
kann durch ein Nassätzverfahren
geätzt
werden, und die Schicht 112 aus dotiertem amorphen Silizium
und die Schicht 110 aus amorphem Silizium (in 7C, 8C und 9C)
kann durch ein Trockenätzverfahren
strukturiert werden. Die Source- und Drainstruktur 124 wird
oberhalb der Gateelektrode 104 ausgebildet und ist mit
der Datenleitung 132 verbunden, die sich im Kontext der
Figur vertikal erstreckt. Der Datenanschluss 142 ist, wie
vorher erwähnt,
an einem Ende der Datenleitung 132 angeordnet. Die Struktur 128a aus
dotiertem amorphen Silizium und die aktive Schicht 126 haben
die gleiche Form wie die Source- und Drainstruktur 124 und
die Datenleitung 132.
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Als nächstes werden, wie in 7E, 8E und 9E gezeigt,
die Source- und Drainstruktur 124 und die Struktur 128a aus
dotiertem amorphen Silizium (in 7D)
geätzt,
die durch die Fotolackstruktur 120a (in 7D) exponiert wurden. Folglich werden Source-
und Drainelektroden 136 bzw. 138 und eine ohmsche
Kontaktschicht 128 ausgebildet, und die aktive Schicht 126 wird
exponiert. Die exponierte aktive Schicht 126 zwischen der
Source- und Drainelektrode 136 bzw. 138 wird zu
einem Kanal eines Dünnschichttransistors
T und entspricht dem halbdurchlässigen
Abschnitt G der zweiten Maske 170 aus 3B. Die Gateelektrode 104, die
aktive Schicht 126, die Sourceelektrode 136 und
die Drainelektrode 138 bilden den Dünnschichttransistor T. Die
Source- und Drainelektrode 136 bzw. 138 sind im
Abstand voneinander angeordnet. Die aktive Schicht 126 hat die
gleiche Form wie die Source- und Drainelektroden 136 bzw. 138 und
weist ferner einen zusätzlichen Abschnitt
zwischen der Sourceelektrode 136 und der Drainelektrode 138 auf.
Zu diesem Zeitpunkt werden auch Kanten der Schichten 126, 130a und 131a aus amorphem
Silizium exponiert, die unterhalb der Source- und Drainelektroden 136 und 138,
der Datenleitung 132, des Datenanschlusses 142 und
der Metallstruktur 134 angeordnet sind.
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Falls die Source- und Drainstruktur 124 (in 7D) aus Molybdän (Mo) besteht,
können
die Source- und Drainstruktur 124 und die Struktur 128a aus
dotiertem amorphen Silizium (in 7D)
zugleich mittels eines Trockenätzverfahrens
entfernt werden. Falls jedoch die Source- und Drainstruktur 124 aus
Chrom (Cr) besteht, kann die Source- und Drainstruktur 124 mittels
eines Nassätzverfahrens geätzt und
im Anschluss die Struktur 128a aus dotiertem amorphen Silizium
mittels eines Trockenätzverfahrens
entfernt werden.
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Wie bereits erwähnt, werden die Source- bzw.
Drainelektroden 136 und 138, die Datenleitung 132,
der Datenanschluss 142, die Metallstruktur 134, die
ohmsche Kontaktschicht 128 und die aktive Schicht 126 mit
Hilfe eines zweiten Maskierungsvprozesses unter Verwendung der zweiten
Maske 170 aus 7B, 8B und 9B ausgebildet.
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Als nächstes wird die Fotolackstruktur 120a (in 7D, 8D und 9D)
entfernt, und eine Passivierungsschicht 160 wird auf der
gesamten Oberfläche des
Substrats 100 ausgebildet, auf welchem die Source- und
Drainelektroden 136 bzw. 138, die Datenleitung 132,
der Datenanschluss 142 und die Metallstruktur 134 ausgebildet
worden sind, indem ein photosensitives organisches Material wie
beispielsweise Benzcyclobuten (BCB) oder Acrylharz aufgebracht wird.
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Wie in 7E, 8E und 9E gezeigt, wird die Passivierungsschicht 160 belichtet
und mit Hilfe eines dritten Photolithographieprozesses unter Verwendung
einer dritten Maske entwickelt. Im Anschluss verbleibt die Passivierungsschicht 160 oberhalb
der Datenleitung 132, der Source- und Drainelektroden 136 bzw. 138,
der Metallstruktur 134 und den Anschlussabschnitten, an
denen der Gateanschluss 106 und der Datenanschluss 142 ausgebildet
sind, wobei der Pixelbereich, der Gateanschluss 106 und
der Datenanschluss 142 exponiert werden. Dabei werden Teile
der Drainelektrode 138 und der Metallstruktur 134 ebenfalls
exponiert. Der Gatanschluss 106 ist immer noch mit der
Gateisolationsschicht 108 bedeckt.
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Die verbleibende Passivierungsschicht 160 wird
bei festgelegten Temperaturen ausgehärtet, wodurch die Passivierungsschicht 160 eine
gebogene (kreisbogenförmige)
Oberfläche
erhält.
Die Seiten der Passivierungsschicht 160 sollten dabei unterschnitten
sein (reversely tapered) und einen Winkel kleiner als 90 Grad aufweisen.
Dies ist zu erreichen, wenn man die Passivierungsschicht 160 nicht
nur einmal, sondern mehrmals aushärtet.
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Wie in den 7G, 8G und 9G gezeigt, wird die durch
die Passivierungsschicht 160 exponierte Gateisolationsschicht 108 entfernt,
wobei der Gateanschluss 106 exponiert wird.
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Gleichzeitig wird auch das Substrat 100 im Pixelbereich
exponiert.
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Wie in den 7H, 8H und 9H dargestellt, werden eine
Pixelelektrode 162, eine Gateanschlussstelle 164 und
eine Datenanschlussstelle 166 auf dem Substrat 100 ausgebildet,
das die Passivierungsschicht 160 aufweist, indem ein transparentes leitfähiges Material
wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink-Oxid
(IZO) abgeschieden wird. Die Pixelelektrode 162 ist im
Pixelbereich angeordnet und nicht nur direkt mit der Drainelektrode 138,
sondern auch ohne Kontaktöffnungen
mit der Metallstruktur 134 verbunden. Die Metallstruktur 134 bildet
mit der Gateleitung 102 und der Gateisolationsschicht 108 zwischen
der Gateleitung 102 und der Metallstruktur 134 einen
Speicherkondensator. Die Pixelelektrode 162 kontaktiert
das Substrat 100 im Pixelbereich. Die Gateanschlussstelle 164 bzw.
die Datenanschlussstelle 166 bedecken und sind in Kontakt
mit dem Gateanschluss 106 bzw. dem Datenanschlus 142.
Da die Passivierungsschicht 160 strukturiert ist, werden
die Pixelelektrode 162, die Gateanschlussstelle 164 und
die Datenanschlussstelle 166 zwischen Strukturen der Passivierungsschicht 160 angeordnet.
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Die Pixelelektrode 162,
die Gateanschlussstelle 164 und die Datenanschlussstelle 166 können in
entsprechenden Strukturen ohne Photolithographieprozess ausgebildet
werden, da die Passivierungsschicht hinterschnittene Seiten aufweist.
Dabei können
auch transparente leitfähige
Strukturen 163 auf der Passivierungsschicht 160 ausgebildet
werden.
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In der oben genannten Ausführungsform
ist die Passivierungsschicht 160 aus organischem Material
direkt auf dem Dünnschichttransistor
T ausgebildet, und die Passivierungsschicht 160 kontaktiert die
aktive Schicht 126 des Dünnschichttransistors T. Um
das Kontaktverhalten zwischen der aktiven Schicht 126 und
der Passivierungsschicht 160 zu verbessern, kann eine anorganische
isolierende Struktur zwischen der Passivierungsschicht 160 und dem
Dünnschichttransistor
T ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird eine andere Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten 10, 11 und 12 beschrieben.
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10, 11 und 12 veranschaulichen ein Matrixsubstrat
gemäß einer
anderen Ausführungsform der
Erfindung zeigen Querschnittsansichten entlang der Linien VII-VII', VIII-VIII' bzw. IX-IX' in 6.
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Wie in den Figuren gezeigt, wird
mit Hilfe eines Strukturierungsprozesses unter Verwendung der organischen
Passivierungsschicht 160 als Ätzmaske eine anorganische isolierende
Struktur 143 zwischen dem Dünnfilmtransistor T und der
organischen Passivierungsschicht 160 ausgebildet.
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Genauer gesagt, nachdem die Source-
und Drainelektroden 136 bzw. 138 des Dünnschichttransistors
T und die Datenleitung 132 ausgebildet wurden, wird eine
anorganische isolierende Schicht durch Abscheiden eines anorganischen
isolierenden Materials wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx) oder
Siliziumdioxid (SiO2) ausgebildet.
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Als nächstes wird die strukturierte
organische Passivierungsschicht 160 auf der anorganischen
isolierenden Schicht mittels des im Rahmen der obigen Ausführungsform
beschriebenen Verfahrens ausgebildet. Die anorganische isolierende Schicht
und die Gateisolationsschicht, die durch die Passivierungsschicht 160 exponiert
wurden, werden unter Verwendung der strukturierten organischen Passivierungsschicht 160 als Ätzmaske
entfernt, wobei die anorganische isolierende Struktur 143 ausgebildet
wird. Dementsprechend besitzt die anorganische isolierende Struktur 143 die
gleiche Form wie die strukturierte organische Passivierungsschicht 160.
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Anschließend werden die Pixelelektrode 162,
die Gateanschlussstelle 164 und die Datenanschlussstelle 166 auf
dem Substrat 100 ausgebildet, das die Passivierungsschicht 160 aufweist,
indem ein transparentes leitfähiges
Material wie beispielsweise Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Indium-Zink-Oxid
(IZO) auf der gesamten Oberfläche
des Substrats 100 abgeschieden wird. Die Pixelelektrode 162 ist
im Pixelbereich angeordnet und nicht nur direkt an die Drainelektrode 138,
sondern auch ohne Kontaktöffnungen
an die Metallstruktur 134 angeschlossen. Die Pixelelektrode 162 kontaktiert
das Substrat 100 im Pixelbereich. Die Gateanschlussstelle 164 bzw.
die Datenanschlussstelle 166 bedecken und sind in Kontakt mit
dem Gateanschluss 106 bzw. dem Datenanschluss 142.
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In der Ausführungsform, die eine anorganische
isolierende Struktur 143 zwischen der Passivierungsschicht 160 und
dem Dünnschichttransistor
T, der Datenleitung 132 und der Gateleitung 102 aufweist,
kann der Dünnschichttransistor
T in seinen Betriebseigenschaften verbessert werden, da die anorganische
isolierende Struktur 143 bessere Kontakteigenschaften mit
der aktiven Schicht 126 des Dünnschichttransistors T besitzt
als die organische Passivierungsschicht 160. Zusätzlich verhindert
die anorganische isolierende Struktur 143, dass sich die
organische Passivierungsschicht 160 von der Gateleitung 102 bzw.
der Datenleitung 132 ablöst.
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Aufgrund der Höhe der organischen Passivierungsschicht 160 können zwischen
angrenzenden Anschlüssen
Kurzschlüsse
erfolgen, wenn Treiber-integrierte Schaltkreise an die Anschlüsse des Matrixsubstrats
angefügt
werden. Daher ist es vorteilhaft, die organische Passivierungsschicht 160 zu entfernen.
Die organische Passivierungsschicht 160 kann mit Hilfe
eines Abhebeverfahrens entfernt werden, wobei das Matrixsubstrat
in einen Abstreifer getaucht und die organische Passivierungsschicht 160 abgezogen
wird, wobei die transparente leitfähige Struktur 163 ebenfalls
vom Matrixsubstrat abgelöst wird.
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Das Matrixsubstrat der Erfindung
wird unter Verwendung von drei Masken hergestellt. Demzufolge senkt
das Herstellungsverfahren des Matrixsubstrats gemäß der Erfindung
die Kosten und steigert die Produktivität.