JP2003302647A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
液晶表示素子及びその製造方法Info
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Abstract
に光で露光して、多結晶質または結晶質インジウム−ス
ズ酸化物に変換させ、残りの前記非晶質インジウム−ス
ズ酸化物を選択的にエッチングして画素電極を形成する
ことにより、工程を単純化させて生産性を向上させ得る
液晶表示素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に複数個の画素領域を定義する
ために縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ
配線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジ
スタアレイを形成する工程と、前記各薄膜トランジスタ
のドレイン電極にコンタクトホールを有するように基板
全面に保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に非晶質
インジウム−スズ酸化物薄膜を形成する工程と、前記画
素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選択的に
光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選
択的に結晶化させる工程と、前記結晶化しなかった前記
非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を選択的に除去して
画素電極を形成する工程とを含めてなることを特徴とす
る。
Description
の製造方法に関し、特に保護膜上に蒸着された非晶質イ
ンジウム−スズ酸化物をエキシマーレーザー光にシルエ
ット露光させて多結晶質または結晶質インジウム−スズ
酸化物に結晶化させ、残りの前記非晶質インジウム−ス
ズ酸化物を選択的にエッチングすることにより、画素電
極を形成できる液晶表示素子及びその製造方法に関す
る。
薄型化が可能な表示装置として広く用いられている。こ
のような液晶表示素子はコントラスト比が高く、階調表
示や動画像表示に適合し、電力消費が小さいという長所
のため、CRT(cathode ray tube)の短
所を克服できる代替手段として次第にその使用領域が拡
大されている
配線及びデータ配線により定義された画素領域に薄膜ト
ランジスタ及び画素電極を備えた薄膜トランジスタ基板
と、カラーフィルター層及び共通電極を備えたカラーフ
ィルター基板と、前記両基板の間に介在する液晶層とか
らなる。
各々形成されている両基板を、両電極が形成されている
面が対向するように配置し、両基板の間に液晶物質を注
入したあと、両電極に電圧を印加して生成される電場に
より液晶分子を動かすことによって変化する光の透過率
により画像を表現する装置である。
なり得るが、現在薄膜トランジスタと薄膜トランジスタ
に連結された画素電極がマトリクス方式に配列されたア
クティブマトリクス液晶表示装置が解像度及び動画具現
能力が優れていて一番注目されている。
が形成されており、上部基板に共通電極が形成されてい
る構造であって、両電極の間にかかっている基板に垂直
な方向の電場により液晶分子を駆動する方式である。
参照しながら、具体的に説明する。図1aは一般的な液
晶表示素子の平面図であり、図1bは図1aのI−I′線
上の断面図である。図1aに示すように、これまでの液
晶表示素子は、マトリックス形態の複数個の画素領域を
定義するため、互いに直角な方向に配列される複数個の
ゲート線配線1及び複数個のデータ配線3と、前記各画
素領域に形成される複数個の画素電極8と、前記ゲート
配線1及びデータ配線3が交差する部分に形成されて前
記ゲート配線1の信号に従って、スイッチングされて前
記データ配線3の映像信号を前記各画素電極8に印加す
る複数個の薄膜トランジスタ7を含めて構成される。
3は抵抗の低いアルミニウム系金属化合物の半透明金属
からなっており、前記画素電極8はインジウム−スズ酸
化物のような透明金属からなっている。
構成は、図1bに示すように、第1基板9上に一方向に
形成されたゲート配線1と前記ゲート配線1から突出さ
れるようにゲート電極2が形成され、前記ゲート配線1
を含む基板全面にゲート絶縁膜11が形成される。そし
て、前記ゲート電極2の上側のゲート絶縁膜11の上に
島状の半導体層12が形成され、前記ゲート配線1と垂
直した方向に前記ゲート絶縁膜11の上にデータ配線3
が形成される。この際、前記半導体層12の両端に前記
データ配線3から突出されたソース電極5aと前記ソー
ス電極5aから一定距離だけ離隔されたドレイン電極5
bが形成されてゲート電極配線1とデータ配線3とが交
差する部分に薄膜トランジスタ7が形成される。
トホールを有するように前記薄膜トランジスタ7を含む
第1基板9全面にかけて保護膜13が形成され、前記ド
レイン電極5bとコンタクトホールとを通じて電気的に
連結されるように前記保護膜13の上の前記画素領域に
画素電極8が形成される。前記画素電極8を含む第1基
板9の全面に液晶を規則的に配列するための第1配向膜
17aが形成される。
除いた部分(ゲート配線1、データ配線3及び薄膜トラ
ンジスタ7に相応する部分)の光を遮断するために、遮
光膜14が形成され、前記遮光膜14の上の各画素領域
に色相を具現するためのR、G、Bカラーフィルター層
15が形成される。そして、前記第1基板9の画素電極
8から電位差を有するための共通電極16と前記共通電
極16の上に液晶の規則的な配列のための第2配向膜1
7bが順次に形成される。
第2基板10にスペーサー(図示せず)及びシール剤(図
示せず)が形成されて一定空間を維持するように前記第
1、第2基板9、10が貼り合わせられ、前記両基板の
間に液晶層23が形成される。
はシリコン半導体の製造工程と類似するため、基板上に
薄膜を蒸着し、前記基板上に蒸着された薄膜をパターニ
ングするためのフォトリソグラフィーによる一連の工
程、即ち、フォトレジスタ(PR)塗布、UV露光、現
像、薄膜のエッチング、PRストリップ形成及び洗浄の
ような単位工程が成されるが、このような単位工程は前
記薄膜の形成によって多数の反覆作業を要する。
表示素子の製造工程の断面図である。これまでの液晶表
示素子の製造方法は、基板9の上に金属層を蒸着しパタ
ーニングしてゲート配線1及びゲート電極2を形成す
る。全面にゲート絶縁膜11を蒸着し、全面に半導体層
12を蒸着し前記ゲート電極2の上側のみに島状に残る
ように選択的に除去して薄膜トランジスタの発生層を形
成する。
ータ配線3及びソース/ドレイン電極5a、5bを形成
する。そして、前記データ配線を含む基板の全面に保護
膜13を形成し、前記ドレイン電極5bの上側が露出さ
れるように前記保護膜13を選択的に除去して前記ドレ
イン電極5bにコンタクトホールを形成する。
ン電極5bに電気的に連結されるように前記保護膜13
の上に低温スパッタリング方法により非晶質インジウム
−スズ酸化物8aを形成する。
スズ酸化物8aの上に感光膜20を塗布した後、ベーキ
ングして硬化させる。図2cのように、前記感光膜20
の上に、マスク21を位置させ、紫外線22を用いて感
光膜20をシルエット露光させる。図2dのように、前
記露光された前記感光膜20を現像して露光された部分
を除去する。図2eのように、前記感光膜20をマスク
として用いて前記非晶質インジウム−スズ酸化物8aを
エッチング液を用いてエッチングする。この時、前記非
晶質インジウム−スズ酸化物8aをエッチングするため
のエッチング液として薄い蓚酸又は薄い塩酸を使用でき
る。図2fのように、前記残っている前記感光膜20を
ストリップし、基板を洗浄して画素領域に画素電極8を
形成する。
素子の製造方法は前記保護膜13上に非晶質インジウム
−スズ酸化物8a薄膜を蒸着し、前記非晶質インジウム
−スズ酸化物8a薄膜を写真石版印刷法及びエッチング
工程によりパターニングして画素電極8を形成する。
での液晶表示素子の製造方法においては、次のような問
題点があった。
インジウム−スズ酸化物上に感光膜を塗布する工程と、
感光膜を露光する工程及び前記感光膜を現像する工程
と、前記現像された感光膜をマスクとして用いて前記非
晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングする工程と、
前記感光膜をストリップし洗浄する工程とからなる写真
石版印刷法を用いることによって、工程が複雑になると
共に、パターン不良が発生し易くて長い製造時間を要す
るため、生産性が劣る。
法は画素電極を写真石版印刷法で形成するための設備費
及び維持保守費がかかるため生産性が劣る。
ジウム−スズ酸化物を選択的に光で露光して、多結晶質
または結晶質インジウム−スズ酸化物に変換させ、残り
の前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的にエッチ
ングして画素電極を形成することにより、工程を単純化
させて生産性を向上させ得る液晶表示素子の製造方法を
提供することにある。
の本発明の液晶表示素子の製造方法は、基板上に複数個
の画素領域を定義するために縦横に並んでいる複数個の
ゲート配線及びデータ配線と複数個の薄膜トランジスタ
を備えた薄膜トランジスタアレイを形成する工程と、前
記各薄膜トランジスタのドレイン電極にコンタクトホー
ルを有するように基板全面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形
成する工程と、前記画素領域の前記非晶質インジウム−
スズ酸化物に選択的に光を照射して、前記非晶質インジ
ウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程と、前記
結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄
膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを含め
てなることを特徴とする。
物を選択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前
に、前記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記
非晶質インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさ
らに含むことを特徴とする。前記光はエキシマーレーザ
ーまたはUN光源を含むことを特徴とする。
ム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこれら
を混合した弱酸などのエッチング液により選択的に除去
されることを特徴とする。前記薄い蓚酸は10%以下の
濃度を有することを特徴する。前記エッチング液の温度
を60℃以下にして前記非晶質インジウム−スズ酸化物
をエッチングすることを特徴とする。
明の一実施形態による液晶表示素子の製造方法をより詳
細に説明する。
よる液晶表示素子の製造工程を示す断面図である。ま
ず、図3aに示したように、ガラスまたは石英基板10
9の上に、金属層を蒸着しパターニングしてゲート配線
(図3a乃至図3cには図示せず、図1aの1参照)及び
ゲート電極102を形成する。前記ゲート電極102を
含む基板全面にゲート絶縁膜111と半導体層112を
順次に蒸着し、前記ゲート電極102の上側のみに島状
に残るように前記半導体層112を選択的に除去して薄
膜トランジスタの活性層を形成する。
ターニングしてデータ配線103及びソース/ドレイン
電極105a、105bを形成する。前記データ配線を
含む基板全面に保護膜113を形成し、前記ドレイン電
極105bの上側が露出されるように前記保護膜113
を選択的に除去して前記ドレイン電極105bにコンタ
クトホールを形成する。
極105bに電気的に連結されるように前記保護膜13
上に低温スパッタリング方法により非晶質インジウム−
スズ酸化物108aを形成する。即ち、インジウム−ス
ズ酸化物をターゲットとして用いてスパッタリングする
とき、水(H2O)を添加したり前記ターゲットに少量の
亜鉛(Zn)などを添加して蒸着するか、または低温成膜
で前記非晶質インジウム−スズ酸化物108aを形成す
る。
ム−スズ酸化物108a上に画素電極を形成しない部分
は、カバーされるようにマスク121を位置させ、光を
前記露出された非晶質インジウム−スズ酸化物108a
に照射する。この際、光は前記非晶質インジウム−スズ
酸化物108aを結晶化させ得るように充分なエネルギ
ーと波長を有することを用い、前記光源としてはエキシ
マーレーザー122または前記非晶質インジウム−スズ
酸化物108aを結晶化させ得るように充分なエネルギ
ーと波長を有するUN光源を利用できる。このように、
前記エキシマーレーザー122またはUN光源を照射す
ると、前記エキシマーレーザー122またはUN光源が
照射された部分の非晶質インジウム−スズ酸化物108
aは結晶質インジウム−スズ酸化物108bに結晶化さ
れる。
UN光源が照射されなかったため、結晶化しなかった部
分の非晶質インジウム−スズ酸化物108aをエッチン
グ液を用いてエッチングする。この際、前記非晶質イン
ジウム−スズ酸化物108aをエッチングするためのエ
ッチング液として薄い蓚酸(10%以下の濃度を有する)
または薄い塩酸を用いる。一番好ましくは2%〜5%の
濃度を有する蓚酸を用いる。
晶質インジウム−スズ酸化物108aと前記多結晶質ま
たは結晶質インジウム−スズ酸化物108bのエッチン
グ率を温度に従って比較すると、表1の通りである。
インジウム−スズ酸化物108aに対して低い温度から
高い温度までエッチング率が高いが、前記薄い蓚酸は多
結晶質インジウム−スズ酸化物108bを低い温度で殆
どエッチングできず、また高い温度でもエッチング率が
極めて低い。
るに伴って、エッチング率が増加することが分かる。こ
の際、表1の資料をグラフに示すと、図4のように示す
ことができる。即ち、薄い蓚酸を用いて常温で最大数百
秒内に前記数百Å厚みの非晶質インジウム−スズ酸化物
108aを完全にエッチングできる反面、前記多結晶質
インジウム−スズ酸化物108bは殆どエッチングでき
ない。
画素電極を形成するために非晶質インジウム−スズ酸化
物108aをエキシマーレーザー122またはUN光源
に露光させて多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸
化物108bに結晶化させ、前記エキシマーレーザー1
22またはUN光源に露光されない非晶質インジウム−
スズ酸化物108aを選択的にエッチングできる。
は保護膜113上に形成された非晶質インジウム−スズ
酸化物108aと多結晶質または結晶質インジウム−ス
ズ酸化物108bとを薄い蓚酸または薄い塩酸のような
弱酸で非晶質インジウム−スズ酸化物108aのみを選
択的にエッチングできるため、これまでの写真石版印刷
法に比べて製造費用を減らし得るだけではなく、製造時
間をも短縮できるため生産性を高めることができる。
造方法は保護膜113上に非晶質インジウム−スズ酸化
物108a薄膜を蒸着し、前記非晶質インジウム−スズ
酸化物108a薄膜にエキシマーレーザー122または
UN光源を照射して非晶質インジウム−スズ酸化物10
8aを選択的に多結晶質または結晶質インジウム−スズ
酸化物108bに結晶化させ、薄い蓚酸または薄い塩酸
のような弱酸を用いて残っている前記非晶質インジウム
−スズ酸化物108aを選択的にエッチングできるた
め、前記多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物
からなる画素電極を容易に形成できる。
素子の製造方法によれば、次のよう効果がある。本発明
の液晶表示素子の製造方法は蒸着された非晶質インジウ
ム−スズ酸化物薄膜をエキシマーレーザーまたはUN光
源にシルエット露光させて多結晶質または結晶質インジ
ウム−スズ酸化物に結晶化させ、エッチング液を用いて
残りの非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的にエッチ
ングして画素電極を形成することにより、これまでの写
真石版印刷法に比べて簡単、かつ製造時間を短縮できる
ため、生産性を高めることができる。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
である。
断面図である。
断面図である。
断面図である。
インジウムスズ酸化物とのエッチング温度によるエッチ
ング率を示すグラフである。
物 109:基板 111:ゲート絶縁膜 112:半導体層 113:保護膜 121:マスク 122:エキシマーレーザー
Claims (15)
- 【請求項1】 基板上に複数個の画素領域を定義するた
めに縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ配
線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジス
タアレイを形成する工程と、 前記各薄膜トランジスタのドレイン電極にコンタクトホ
ールを有するように基板全面に保護膜を形成する工程
と、 前記保護膜上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形
成する工程と、 前記画素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選
択的に光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化
物を選択的に結晶化させる工程と、 前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化
物薄膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを
含めてなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選
択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前に、前
記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記非晶質
インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさらに含
むことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子の製造
方法。 - 【請求項3】 前記光はエキシマーレーザー又はUN光
源を含むことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子
の製造方法。 - 【請求項4】 前記結晶化しなかった前記非晶質インジ
ウム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこれ
らを混合した弱酸などのエッチング液により選択的に除
去されることを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子
の製造方法。 - 【請求項5】 前記薄い蓚酸は10%以下の濃度を有す
ることを特徴とする請求項4記載の液晶表示素子の製造
方法。 - 【請求項6】 前記エッチング液は2%〜5%の濃度を
有することを特徴とする請求項4記載の液晶表示素子の
製造方法。 - 【請求項7】 前記エッチング液の温度を60℃以下に
して前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングす
ることを特徴とする請求項4記載の液晶表示素子の製造
方法。 - 【請求項8】 基板上に複数個の画素領域を定義するた
めに縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ配
線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジス
タアレイを形成する工程と、 前記基板上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形成
する工程と、 前記画素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選
択的に光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化
物を選択的に結晶化させる工程と、 前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化
物薄膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを
含めてなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選
択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前に、前
記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記非晶質
インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさらに含
むことを特徴とする請求項8記載の液晶表示素子の製造
方法。 - 【請求項10】 前記光はエキシマーレーザー又はUN
光源を含むことを特徴とする請求項8記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項11】 前記結晶化しなかった前記非晶質イン
ジウム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこ
れらを混合した弱酸などのエッチング液により選択的に
除去されることを特徴とする請求項8記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項12】 前記薄い蓚酸は10%以下の濃度を有
することを特徴とする請求項11記載の液晶表示素子の
製造方法。 - 【請求項13】 前記エッチング液は2%〜5%の濃度
を有することを特徴とする請求項11記載の液晶表示素
子の製造方法。 - 【請求項14】 前記エッチング液の温度を60℃以下
にして前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチング
することを特徴とする請求項11記載の液晶表示素子の
製造方法。 - 【請求項15】 画素領域を定義するために基板上に形
成されるゲートライン及びデータラインと;前記ゲート
ライン及びデータラインが交差する部分に形成される薄
膜トランジスタ;そして前記画素領域に結晶質インジウ
ム−スズ酸化物で形成された画素電極を含んで構成され
ることを特徴とする液晶表示素子。
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