JP2005202394A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、薄膜トランジスターの製造に使われるマスクの数を減少させた液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の液晶表示素子において、基板上にソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、第１絶縁膜を形成する段階と、該第１絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上にゲート電極を形成する段階と、第２絶縁膜を形成する段階と、第１コンタクホールを通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階と、前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース電極を形成する段階と、前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極及び画素電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【選択図】図２（Ｅ）
【解決手段】本発明の液晶表示素子において、基板上にソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、第１絶縁膜を形成する段階と、該第１絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上にゲート電極を形成する段階と、第２絶縁膜を形成する段階と、第１コンタクホールを通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階と、前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース電極を形成する段階と、前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極及び画素電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする。
【選択図】図２（Ｅ）
Description
本発明は、液晶表示素子及びその製造方法に係るもので、詳しくは、アクティブパターンとデータラインとを同時にパターニングすることで、薄膜トランジスターの製造に使われるマスクの数を減少させた液晶表示素子及びその製造方法に関する。
最近、情報ディスプレイに対する関心が高まって携帯の可能な情報媒体を利用しようとする要求が増加し、既存の表示装置のブラウン管(CRT)を代替する軽量薄膜型平板表示装置(FPD)に対する研究及び商業化が重点的に行われている。特に、このような平板表示装置中液晶表示装置(LCD)は、液晶の光学的異方性を利用してイメージを表現する装置であって、解像度とカラー表示及び画質が優秀であるため、ノートブックやデスクトップモニター等に活発に適用されている。
該液晶表示装置は、大きく第１基板のカラーフィルター基板と第２基板のアレイ基板及び前記カラーフィルター基板とアレイ基板間に形成された液晶層に構成される。
また、該液晶表示装置のスイッチング素子においては、一般的に薄膜トランジスター(TFT)を使用し、該薄膜トランジスターのチャンネル層としては非晶質シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜を使用する。
一方、前記液晶表示装置の製造工程は、基本的に薄膜トランジスターを包含するアレイ基板の製作に複数のマスク工程即ち、フォトリソグラフィ工程を必要とするため、生産性の面においても前記マスク工程の数を減らす方法が要求されている。
以下、図７を参照して従来の液晶表示装置の構造に対して詳細に説明する。
従来の液晶表示装置のアレイ基板の一部においては、図７に示したように、実際の液晶表示装置はN個のゲートラインとM個のデータラインとが交差してNｘM個の画素が存在するが、説明を簡単にするために図面には一つの画素のみを示した。
前記アレイ基板１０においては、図７に示したように、画素領域上に形成された画素電極１８、前記基板１０上に縦横に配列されて、画素領域を規定するゲートライン１６とデータライン１７、前記ゲートライン１６とデータライン１７との交差領域に形成されたスイッチング素子の薄膜トランジスターから成っている。
また、前記薄膜トランジスターにおいては、ゲートライン１６に連結されたゲート電極２１、前記データライン１７に連結されたソース電極２２及び前記画素電極１８に連結されたドレイン電極２３に構成される。また、前記薄膜トランジスターは、前記ゲート電極２１とソース/ドレイン電極２２、２３の絶縁のための第１絶縁膜(図示されず)と第２絶縁膜(図示されず)及び前記ゲート電極２１に供給されるゲート電圧によりソース電極２２とドレイン電極２３間に伝導チャンネルを形成するアクティブパターン２４を包含して構成される。
この時、前記第１絶縁膜と第２絶縁膜に形成された第１コンタクホール４０Aを通して前記ソース電極２２は、アクティブパターン２４のソース領域と電気的に接続され、前記ドレイン電極２３は、アクティブパターン２４のドレイン領域と電気的に接続されるようになる。また、前記ドレイン電極２３上には、第２コンタクホール４０Bが形成された第３絶縁膜(図示されず)、前記第２コンタクホール４０Bを通して前記ドレイン電極２３と画素電極１８とが電気的に接続されるようになる。
上記のように構成された液晶表示素子の製造工程においては、図８（A)乃至図８（F)に示したように、図７に図示された液晶表示素子のI-I'線に係る製造工程を順次的に示した断面図で、図示されている薄膜トランジスターは、チャンネル層に多結晶シリコンを利用した多結晶シリコン薄膜トランジスターを示している。
図８（A)に示したように、基板１０上にフォトリソグラフィ工程を利用して多結晶シリコン薄膜から成るアクティブパターン２４を形成する。
次いで、図８（B)に示したように、前記アクティブパターン２４が形成された基板１０の前面に順次に第１絶縁膜１５Aと導電性金属物質を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を利用して前記導電性金属物質を選択的にパターニングすることで、前記アクティブパターン２４上に第１絶縁膜１５Aが介在されたゲート電極２１を形成する。
次いで、前記ゲート電極２１をマスクによりアクティブパターン２４の所定領域に高濃度の不純物イオンを注入してp+又はn+のソース/ドレイン領域２４A、２４Bを形成する。該ソース/ドレイン領域２４A、２４Bは、ソース/ドレイン電極とのオーミックコンタクトのために形成する。
次いで、図８（C)に示したように、前記ゲート電極２１が形成された基板１０の前面に第２絶縁膜１５Bを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程により前記第１絶縁膜１５Aと第２絶縁膜１５Bの一部の領域を除去してソース/ドレイン領域２４A、２４Bの一部を露出させる第１コンタクホール４０Aを形成する。
次いで、図８（D)に示したように、導電性金属物質を前記基板１０の前面に蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を利用してパターニングすることで、前記第１コンタクホール４０Aを通してソース/ドレイン領域２４Aと連結されるソース/ドレイン電極２２及びドレイン領域２４Bと連結されるドレイン電極２３を形成する。この時、前記ソース電極２２を構成する導電性金属層の一部は、一方向に延長されてデータライン１７と連結されるようになる。
次いで、図８（E)に示したように、前記基板１０の前面に第３絶縁膜１５Cを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を利用して前記ドレイン電極２３の一部を露出させる第２コンタクホール４０Bを形成する。
最後に、前記第３絶縁膜１５Cが形成された基板１０の前面に透明な導電性金属物質を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程を利用してパターニングすることで、前記第２コンタクホール４０Bを通してドレイン電極２３と連結される画素電極１８を形成する。
上記説明したように多結晶シリコン薄膜トランジスターを包含する液晶表示素子の製造においては、アクティブパターン、ゲート電極、第１コンタクホール、ソース/ドレイン電極、第２コンタクホール及び画素電極などをパターニングするのに総６回のフォトリソグラフィ工程を必要とする。
前記フォトリソグラフィ工程は、マスクにより描かれたパターンを薄膜が蒸着された基板上に転写させて所望パターンを形成する一連の工程であって、感光液塗布、露光、現象工程等の複数の工程から成っている。
その結果、複数のフォトリソグラフィ工程は、生産収率を低下させ、形成された薄膜トランジスターに欠陥が発生する確率を高めるという不都合な点があった。
特に、パターンを形成するために設計されたマスクは、非常に高価で、工程に適用されるマスクの数が増加すると、液晶表示装置の製造費用がこれに比例して上昇するという不都合な点があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたもので、アクティブパターンとデータラインとを同時にパターニングすることで、薄膜トランジスターの製造に使われるマスクの数を減少させた液晶表示素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、回折露光とアッシングを利用して前記アクティブパターンとゲート電極を一つのマスクにより同時に形成することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る液晶表示素子の製造方法においては、基板上にソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、前記基板の前面に第１絶縁膜を形成する段階と、該第１絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上部にゲート電極を形成する段階と、前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、前記ソース領域とドレイン領域の一部を露出させる第１コンタクホールを通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階と、透明な導電物質により前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース/ドレイン電極を形成する段階及び前記透明な導電物質により前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極及び画素電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする。
また、本発明に係る液晶表示素子の他の製造方法においては、基板上にシリコン層を形成する段階と、該シリコン層上に導電性金属層を形成する段階と、該導電性金属層とシリコン層をパターニングしてソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、前記基板上に第１絶縁膜を形成する段階と、前記アクティブパターンの上部の第１絶縁膜と導電性金属層を除去する段階と、前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、前記第２絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上部にゲート電極を形成する段階と、前記基板上に第３絶縁膜を形成する段階と、前記第２絶縁膜と第３絶縁膜を通して前記ソース領域とドレイン領域の一部を露出させる各第１コンタクホールを形成する段階と、前記第１絶縁膜と第２絶縁膜及び第３絶縁膜を通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階及び前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース電極及び前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする。
また、本発明に係る液晶表示素子においては、基板上にシリコン層に形成されるが、ソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターン、前記シリコン層と導電性金属層の二重層から成るデータライン、前記基板上に形成された第１絶縁膜、該第１絶縁膜上のアクティブパターンの上部に形成されたゲート電極、前記基板上に形成された第２絶縁膜及び前記第２絶縁膜と第１絶縁膜に形成された各第１コンタクホールを通して前記ソース領域と連結されるソース電極及び前記ドレイン領域と連結されるドレイン電極を包含して構成されることを特徴とする。
本発明に係る液晶表示素子の製造工程においては、アクティブパターンとデータラインを回折露光及びアッシングを利用して一回のマスク工程により形成してコンタクホール形成工程をひとつ減らすことで、従来の製造工程に比べて２度のマスク工程を減らし得るという効果がある。その結果、製造工程の単純化による収率の増加及び製造費用の減少などの効果がある。
また、本発明に係る液晶表示素子の製造方法においては、アクティブパターンとデータラインとを同時にパターニングすることで、使われるマスクの数を減らし製造工程及び費用を節減し得るという効果がある。
この時、前記画素電極は、ドレイン電極との電気的接続のための別途のコンタクホールが不必要になって製造工程及び費用を一層減少し得るという効果がある。
以下、本発明について詳細に説明する。
液晶表示装置に主に使われる駆動方式のアクティブマトリックス(Active Matrix;AM) 方式は、薄膜トランジスターをスイッチング素子に使用して画素部の液晶を駆動する方式である。
ここで、前記薄膜トランジスターのチャンネル層に非晶質シリコン又は多結晶シリコンを使用することができる。
液晶表示装置に主に使われる駆動方式のアクティブマトリックス(Active Matrix;AM) 方式は、薄膜トランジスターをスイッチング素子に使用して画素部の液晶を駆動する方式である。
ここで、前記薄膜トランジスターのチャンネル層に非晶質シリコン又は多結晶シリコンを使用することができる。
非晶質シリコン薄膜トランジスター技術は、１９７９年英国のLeComber等によって概念が確立されて、１９８６年に３"液晶携帯用テレビで実用化されて最近は、５０"以上の大面積薄膜トランジスター液晶表示装置が開発された。
然し、該非晶質シリコン薄膜トランジスターの電気的移動度（〜１cm２/Vsec）では１MHz以上の高速動作を要求する周辺回路に利用するのに限界がある。従って、電界効果移動度が前記非晶質シリコン薄膜トランジスターに比べて大きい多結晶シリコン薄膜トランジスターを利用してガラス基板上に画素部と駆動回路部とを同時に集積する研究が活発に進行している。
多結晶シリコン薄膜トランジスター技術は、１９８２年に液晶カラーテレビが開発された以後にキャムコーダなどの小型モジュールに適用され、低い感光度と高い電界効果移動度も持っていて駆動回路を基板に直接製作できるという長所がある。
特に、移動度の増加は、駆動画素の数を決定する駆動回路部の動作周波数を向上し得ることで、表示装置の高精細化が容易になる。また、画素部の信号電圧の充電時間の減少により伝達信号の歪曲が減って画質向上を期待することができる。
また、多結晶シリコン薄膜トランジスターは、高い駆動電圧(〜２５V)を有する非晶質シリコン薄膜トランジスターに比べて１０V未満で駆動が可能であるため、電力消耗を減少し得るという長所がある。
然し、前記多結晶シリコン薄膜トランジスターを包含する液晶表示素子の製造においては、数の多いフォトリソグラフィ工程を必要とし、複数のフォトリソグラフィ工程は、製造工程及び費用を増加させるという問題点を発生させる。
上記のような問題点を解決するためには、薄膜トランジスターの製造工程を改善し、特に、フォトリソグラフィの数、即ち、使われるマスクの数を減らすようにすることが重要である。
従って、本発明においては、アクティブパターンとデータラインとを同時にパターニングして第１コンタクホールと第２コンタクホールを一回のマスク工程により形成し、画素電極とソース/ドレイン電極とを同一物質に同時に形成することで、マスクの数を減少させた液晶表示素子及びその製造方法を提供する。
以下、本発明に係る液晶表示素子及びその製造方法の好ましい実施形態に対し、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の一部を示した平面図で、特に、薄膜トランジスターを包含する一つの画素を示している。
図１は、本発明に係る第１実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板の一部を示した平面図で、特に、薄膜トランジスターを包含する一つの画素を示している。
実際の液晶表示装置においては、N個のゲートラインとM個のデータラインとが交差してNxM個の画素が存在するが、説明を簡単にするために図面には唯一つの画素のみを示した。
この時、本実施形態においては、チャンネル層に多結晶シリコン薄膜を利用した多結晶シリコン薄膜トランジスターを例を挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜トランジスターのチャンネル層に非晶質シリコン薄膜を利用することができる。
アレイ基板１１０には、図面に示したように、前記基板１１０上に縦横に配列されて、画素領域を規定するゲートライン１１６とデータライン１１７が形成されている。また、該ゲートライン１１６とデータライン１１７との交差領域には、スイッチング素子の薄膜トランジスターが形成されていて、前記画素領域の内部には、前記薄膜トランジスターに連結され、カラーフィルター基板(図示されず)の共通電極と共に液晶(図示されず)を駆動させる画素電極１１８が形成されている。
また、前記薄膜トランジスターは、前記ゲートライン１１６に連結されたゲート電極１２１、データライン１１７に連結されたソース電極１２２及び画素電極１１８に連結されたドレイン電極１２３に構成されている。また、該薄膜トランジスターは、前記ゲート電極１２１とソース/ドレイン電極１２２、１２３の絶縁のための第２絶縁膜(図示されず)及び第３絶縁膜(図示されず)及び前記ゲート電極１２１に供給されるゲート電圧によりソース電極１２２とドレイン電極１２３間に伝導チャンネルを形成するアクティブパターン１２０Bを包含して構成される。
この時、前記第２絶縁膜と第３絶縁膜に形成された第１コンタクホール１４０Aを通して前記ソース/ドレイン電極１２２は、アクティブパターン１２０Bのソース領域と電気的に接続されて、前記ドレイン電極１２３は、アクティブパターン１２０Bのドレイン領域と電気的に接続されるようになる。また、前記ソース/ドレイン電極１２２の一部は、第１絶縁膜(図示されず)と第２絶縁膜及び第３絶縁膜に形成された第２コンタクホール１４０Bを通してデータライン１１７と電気的に接続され、前記ドレイン電極１２３の一部は、画素領域方向に延長形成されて画素電極１１８を構成する。
この時、前記アクティブパターン１２０Bとデータライン１１７とは、同様なマスク工程によりパターニングすると同時に画素電極１１８をソース/ドレイン電極１２２、１２３を形成する過程で同様な物質に同時に形成することで、薄膜トランジスターの製作に使われるマスクの数を減少し得るようになるが、これを次の液晶表示素子の製造工程により詳細に説明する。
図２（A）乃至図２（E）は、図１に図示された液晶表示素子のIII-III'線に係る製造工程を順次的に示した断面図であり、図３（A）乃至図３（E)は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示素子の製造工程を順次的に示した平面図である。
図２（A)及び図３（A)に示したように、ガラスのような透明な絶縁物質から成る基板１１０上にフォトリソグラフィ工程（第１マスク工程）を利用してアクティブパターン１２０Bとデータライン１１７とを同時にパターニングする。
この時、前記データライン１１７は、前記アクティブパターン１２０Bを構成するシリコン層から成る第１データラインパターン１２０Aと導電性金属物質から成る第２データラインパターン１３０Aに構成されて、シリコン層から成る前記アクティブパターン１２０Bの上部には、導電性金属物質パターン１３０Bが残るようになる。
次いで、図２（B)及び図３（B)に示したように、前記基板１１０の前面に第１絶縁膜１１５Aを形成した後、フォトリソグラフィ工程(第２マスク工程)により前記アクティブパターン１２０B上部の第１絶縁膜１１５Aと導電性金属物質パターン１３０Bを除去することで、前記アクティブパターン１２０Bの表面が露出されるようにする。
以下、上記の第１マスク工程と第２マスク工程であるデータラインとアクティブパターンとを同時に形成する過程を詳細に説明する。
図４（A)乃至図４（E)は、図２（A)及び図２（B)において、第１実施形態によってアクティブパターンとデータラインとを同時に形成する過程に対して具体的に示した断面図である。
図４（A)に示したように、ガラスのような透明な絶縁物質から成る基板１１０上にシリコン層１２０を形成する。
この時、前記基板１１０上にシリコン酸化膜SiO２に構成されるバッファー層を形成した後、該バッファー層上にシリコン層１２０を形成することができる。また、前記バッファー層は、ガラス基板１１０の内部に存在するナトリウム（Na）などの不純物が工程中に上部層に侵入することを遮断する役割をする。
また、前記シリコン層１２０は、非晶質シリコン薄膜又は結晶化されたシリコン薄膜に形成し得るが、本実施形態においては、結晶化された多結晶シリコン薄膜を利用して薄膜トランジスターを構成した。前記多結晶シリコン薄膜は、前記基板１１０上に非晶質シリコン薄膜を蒸着した後、色々な結晶化方式を利用して形成することができ、これについては次のように説明する。
先ず、非晶質シリコン薄膜は、色々な方法により蒸着して形成し得る。該非晶質シリコン薄膜を蒸着する代表的な方法においては、低圧化学蒸着(LPCVD)方法とプラズマ化学蒸着(;PECVD)方法がある。
次いで、前記非晶質シリコン薄膜の内部に存在する水素元素を除去するための脱水素化 工程を進行した後結晶化を実施することができる。この時、非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法としては、大きく非晶質シリコン薄膜を加熱炉中で熱処理する固相結晶化（SPC）方法とレーザーを利用するエキシマレーザーアニーリング(ELA)方法がある。
一方、前記レーザー結晶化としては、パルス形態のレーザーを利用したエキシマレーザーアニーリング 方法が主に利用されるが、近来は、グレインを水平方向に成長させて結晶化特性を画期的に向上させた連続水平結晶化(SLS)方法が提案されて広く研究されている。
該連続水平結晶化は、グレインが液層シリコンと固相シリコンの境界面で該境界面に対して垂直方向に成長される事実を利用したもので(RobertS．Sposilli、M．A．Crowder、and James S．Im、Mat．Res．Soc．Symp．Proc．Vol．４５２、９５６〜９５７、１９９７) 、レーザーエネルギーの大きさとレーザービームの照射範囲を適切に調節してグレインを所定の長さだけ側面成長させることで、シリコングレインの大きさを向上し得る結晶化方法である。
そして、前記基板１１０の前面にデータラインを構成するためのアルミニウム、アルミニウム合金、タングステン（W）、銅（Cu）、クロム（Cr）、モリブデンなどのような導電性金属物質１３０を蒸着する。
次いで、前記基板１１０の前面にフォトレジストのような感光性物質から成る第１感光膜１７０Aを形成する。
そして、該第１感光膜１７０Aに選択的に光を照射、現象した後、前記導電性金属物質１３０とシリコン層１２０をパターニングすると、図４（B)及び図４（C)に示したように、一回のマスク工程によりアクティブパターン１２４Bとデータライン１１７とを同時に形成し得るようになる。この時、上記したように、前記データライン１１７は、前記アクティブパターン１２０Bを構成するシリコン層から成る第１データラインパターン１２０Aと導電性金属物質から成る第２データラインパターン１３０Aに構成され、シリコン層から成る前記アクティブパターン１２４Bの上部には前記アクティブパターン１２４Bと同様な形態の導電性金属物質パターン１３０Bが残される。
次いで、図４（D)に示したように、前記基板１１０の前面に順次第１絶縁膜１１５Aと第２感光膜１７０Bを形成する。
そして、図４（E)に示したように、前記アクティブパターン１２４Bと同一であるか、又は大きい形態のマスクを使用して前記第２感光膜１７０Bを露光、現像して第２感光膜パターン１７０B'を形成した後、前記第２感光膜パターン１７０B'をマスクにして下部の第１絶縁膜１１５Aと導電性金属物質パターン１３０Bを除去することで、前記アクティブパターン１２４Bが露出されるようにする。
次いで、図２（C)及び図３（C)に示したように、前記基板１１０の前面に第２絶縁膜１１５Bを蒸着する。
この時、前記第２絶縁膜１１５Bは、前記第１絶縁膜１１５Aより厚さを薄くして形成することができる。
そして、前記第２絶縁膜１１５Bが形成されたアクティブパターン１２４Bの上部に導電性金属物質によりゲート電極１２１を形成した後、第３マスク工程、前記ゲート電極１２１をマスクにより前記アクティブパターン１２４Bの所定領域に不純物イオンを注入してオーミック接触層のソース領域１２４Aとドレイン領域１２４Bを形成する。この時、前記ゲート電極１２１は、アクティブパターン１２４Bのチャンネル領域１２４Cにドーパントが侵入することを防止するイオン-ストッパーの役割をするようになる。
また、前記アクティブパターン１２４Bの電気的な特性は、注入されるドーパントの種類によって相違になり、該注入されるドーパントが硼素（B）などの３族元素に該当するとP-タイプ薄膜トランジスターとして動作し、燐Pなどの５族元素に該当すると、N-タイプ薄膜トランジスターとして動作をするようになる。
前記イオン注入工程後に注入されたドーパントを活性化する工程を進行することもできる。
この時、図３（C)に示したように、前記ゲート電極１２１を形成する時、前記データライン１１７に実質的に垂直するように前記ゲートライン１１６が形成するようになる。この時、本実施形態のように前記データライン１１７の上部にゲート絶縁膜の第２絶縁膜１１５Bと共に厚さの太い第１絶縁膜１１５Aが形成されるようになると、前記データライン１１７とゲートライン１１６とが交差する領域での信号干渉を防止し得るようになる。
次いで、図２（D)及び図３（D)に示したように、前記ゲート電極１２１が形成された基板１１０の前面に第３絶縁膜１１５Cを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程（第４マスク工程）により前記第２絶縁膜１１５Bと第３絶縁膜１１５Cを一部の領域を除去してソース/ドレイン領域１２４A、１２４Bの一部を露出させる第１コンタクホール１４０Aを形成し、前記第１絶縁膜１１５Aと第２絶縁膜１１５B及び第３絶縁膜１１５Cを一部の領域を除去してソース/ドレイン領域１２４Aとデータライン１１７間の電気的接続のための第２コンタクホール１４０Bを形成する。
前記第３絶縁膜１１５Cは、高開口率のためのベンゾシクロブテン（BCB）又はアクリル系樹脂のような透明有機絶縁物質に形成することができる。
そして、図２（E)及び図３（E)に示したように、前記基板１１０の前面にインジウムスズ酸化物(ITO)又はインジウム-ジンクオキサイド(IZO)などのような透過率の優れた透明導電性物質を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第５マスク工程）を利用して前記第１コンタクホール１４０Aを通してソース領域１２４Aと電気的に連結されるソース電極１２２及びドレイン領域１２４Bと電気的に連結されるドレイン電極１２３を形成する。
この時、前記ソース電極１２２の一部は、前記第２コンタクホール１４０Bを通して前記データライン１１７と電気的に接続されるようになり、前記ドレイン電極１２３の一部は、画素領域方向に延長、形成されて画素電極１１８を構成する。
このように本実施形態に係る液晶表示素子の製造工程は、従来の再調整に比べてアクティブパターンとデータラインとを同時にパターニングして第１コンタクホールと第２コンタクホールを一つのマスク工程に形成することで、従来の製造工程に比べて一つのマスク工程を低減するようになる。その結果、製造工程の単純化による収率の増加及び製造費容の減少などの効果を提供する。
一方、アクティブパターンとデータラインとを同時にパタンーニングする時、回折露光及びアッシング技術を利用することで、一回のマスク工程をより低減するようになるが、これに対し、次の第２実施形態を用いて詳細に説明する。
図５（A）乃至図５（D）は、本発明の第２実施形態に係る液晶表示素子の製造工程を順次示した断面図である。
図５（A）に示したように、ガラスのような透明な絶縁物質から成る基板２１０上にフォトリソグラフィ工程（第１マスク工程）を利用してアクティブパターン１２０Bとデータライン１１７とを同時に形成する。この時、第２実施形態においては、回折露光とアッシング工程を利用することで、一回のマスク工程によりアクティブパターンとデータラインを形成すると同時に前記アクティブパターンの上部に導電性金属物質が残らないようにできる。これについて図面を用いて詳細に説明する。
図６（A)及び図６（D)は、図５（A)において、第２実施形態に係る回折露光を利用してアクティブパターンとデータラインとを同時に形成する過程を具体的に示した断面図である。 図６（A)に示したように、シリコン層１２０が形成されている基板２１０の前面にデータラインを構成するための導電性金属物質２３０を蒸着する。
次いで、図６（B)に示したように、前記導電性金属物質２３０が蒸着された基板２１０の前面にフォトレジストのような感光性物質から成る感光膜２７０を所定の厚さに形成する。
前記フォトレジストは、光源に露光された領域が現像液と反応して溶解されるのノボラック系樹脂系列のポジティブフォトレジストと露光領域が現像液と反応しないアクリル系モノマー系列のネガティブフォトレジストがある。該フォトレジストは、粘度調整の役割をする溶媒、感光を起こすフォトアクティブ系化合物、化学的結合物質のレジン等に構成される。
次いで、前記感光膜２７０が形成された基板２１０上に本実形態の回折マスク２８０を位置させた後、紫外線のような光を利用して感光を実行する。
本実施形態においては、ポジティブフォトレジストを使用したが、ネガティブフォトレジストも使用し得るし、フォトレジスト以外の他の感光性物質を使用することもできる。
この時、ポジティブフォトレジストを使用する場合は、第１領域Aはフォトレジストを全部残すために完全に識別されて、第２領域Bはフォトレジストを若干の厚さのみを残すためにスリットパターンをもって、第３領域Cはフォトレジストが除去されなければならないため、完全に開放された形態のスリットパターンを包含する回折マスク２８０を使用する。
前記スリットパターンは、入射する光を回折させて基板に入射される光の強度を減少させる役割をする。また、前記スリットパターンは、回折露光に適切な間隔である感光に使用する光源の解像度より狭い間隔のスリット間隔を持つ。
本実施形態においては、前記第２領域Bにスリットパターンを使用したが、半透過膜を使用することもできる。
上記のように回折マスク２８０を利用して現象を進行することで、前記第１領域Aには第１厚さの第１フォトレジストパターン２７０Aが残るようになり、前記第２領域Bにはフォトレジストが一部除去されて前記第１フォトレジストパターン２７０Aより少ない第２厚さの第２フォトレジストパターン２７０Bが残される。また、前記第３領域Cにはフォトレジストが完全に除去されるようになる。
そして、図６（C)に示したように、前記フォトレジストパターン２７０A、２７０Bが残らない第３領域Cの導電性金属物質２３０とシリコン層２２０を選択的に除去することで、アクティブパターン２２０Bとデータライン２１７を形成する。
前記データライン２１７は、前記アクティブパターン２２０Bを構成するシリコン層から成る第１データラインパターン２２０Aと導電性金属物質から成る第２データラインパターン２３０Aに構成され、シリコン層から成る前記アクティブパターン２２０Bの上部には導電性金属物質パターン２３０Bが残される。
参考に、前記蝕刻技術は、物理的又は化学的な反応を利用してフォトレジストによって形成されたパターン通りに薄膜を選択的に除去することで、所望の薄膜パターンを具現する方法であって、前記フォトレジストパターンが形成されている部分の薄膜は残るようになり、フォトレジストがない部分の薄膜は除去されるようになる。また、前記蝕刻工程は、ガスプラズマが使われる乾燥蝕刻方法と化学溶液を利用する湿式蝕刻方法がある。
次いで、図６（D)に示したように、前記第１厚さの第１フォトレジストパターン２７０Aの一部を除去する工程を進行する。
前記第１フォトレジストパターン２７０Aの一部を除去する方法にアッシング技術を利用し得るし、前記アッシング酸素を包含するガスを利用して感光膜を酸化させて吹き飛ばす工程をいう。
この時、前記データライン２１７の上部には、第１厚さの第１フォトレジストパターン２７０Aが前記アッシング方法によって精密に制御されながら一部が除去された第３厚さの第３フォトレジストパターン２７０A'が形成されると同時に、前記アクティブパターン２２０Bの上部の第２フォトレジストパターン２７０Bは完全に除去されて導電性金属物質パターン２３０Bが露出されるようになる。
次いで、前記第３厚さの第３フォトレジストパターン２７０A'をマスクにより導電性金属物質パターンを除去することで、アクティブパターン２２０Bの表面を露出させる。
次いで、図５（B)に示したように、前記基板２１０の前面に第１絶縁膜２１５Aを形成する。
そして、前記ゲート絶縁膜２１５Aが形成されているアクティブパターン２２０Bの上部に導電性金属物質によりゲート電極２２１を形成した後、第２マスク工程、前記ゲート電極２２１をマスクにより前記アクティブパターン２２０Bの所定領域に不純物イオンを注入してソース領域２２４Aとドレイン領域２２４Bを形成する。
次いで、図５（C)に示したように、前記ゲート電極２２１が形成された基板２１０の前面に第２絶縁膜２１５Bを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程第３マスク工程により前記第２絶縁膜２１５Bと第１絶縁膜２１５Aを一部の領域を除去してソース/ドレイン領域２２４A、２２４Bの一部を露出させる第１コンタクホール２４０Aを形成して、ソース領域２２４Aとデータライン２１７間の電気的接続のための第２コンタクホール２４０Bを形成する。
そして、図５（D)に示したように、前記基板２１０の前面に透明導電性金属物質を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程第４マスク工程を利用して前記第１コンタクホール２４０Aを通して前記ソース領域２２４A'と電気的に連結されるソース電極２２２及び前記ドレイン領域２２４Bと電気的に連結されるドレイン電極２２３を形成する。
この時、前記ソース電極２２２の一部は第２コンタクホール２４０Bを通して前記データライン２１７と電気的に接続されるようされて、前記ドレイン電極２２３の一部は画素領域方向に延長、形成されて画素電極２１８を構成するようになる。
基板:１１０
ゲートライン:１１６
データライン:１１７
画素電極:１１８
ゲート電極:１２１
ソース/ドレイン電極:１２２
ドレイン電極:１２３
ゲートライン:１１６
データライン:１１７
画素電極:１１８
ゲート電極:１２１
ソース/ドレイン電極:１２２
ドレイン電極:１２３
Claims (27)
- 基板上にソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、
該基板前面に第１絶縁膜を形成する段階と、
該第１絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上部にゲート電極を形成する段階と、
前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、
前記ソース領域とドレイン領域の一部を露出させる第１コンタクホールを通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階と、
透明な導電物質により前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース電極を形成する段階と、
前記透明な導電物質により前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極及び画素電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする液晶表示素子。 - ゲート電極を形成した後に前記ゲート電極をマスクにより前記アクティブパターンの所定領域に不純物イオンを注入してソース領域とドレイン領域を形成する段階を更に行う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。
- 前記不純物イオンは、５族元素であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
- 前記５族元素は、燐を包含することを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記不純物イオンは、３族元素であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示素子。
- 前記３族元素は、硼素を包含することを特徴とする請求項５記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記ドレイン電極の一部は、画素領域に延長されて画素電極を形成す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。
- 前記アクティブパターンとデータラインを形成する段階は、
基板上にシリコン層を形成する段階と、
該シリコン層上に導電性金属層を形成する段階と、
前記基板前面に感光膜を形成する段階と、
該感光膜に回折マスクを適用して第１厚さの第１部分と第２厚さの第２部分及び第３部分に規定される感光膜パターンを形成する段階と、
前記第３部分の露出された導電性金属層と下部シリコン層を蝕刻する段階と、
前記感光膜を一部除去して前記第１部分の感光膜パターンのみを残す段階と、
前記一部除去された第１部分の感光膜パターンをマスクにより導電性金属層をパターニングしてアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、を順次行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。 - 前記シリコン層は、結晶化されたシリコン薄膜に形成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。
- 前記第１厚さは、第２厚さより厚いことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子。
- 前記第１部分は、データライン領域であることを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子。
- 前記第２部分は、アクティブパターン領域であることを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子。
- 前記感光膜の一部を除去する段階は、アッシング段階であることを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子。
- 基板上にシリコン層を形成する段階と、
該シリコン層上に導電性金属層を形成する段階と、
該導電性金属層とシリコン層をパターニングしてソース領域とドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンとデータラインを形成する段階と、
前記基板上に第１絶縁膜を形成する段階と、
前記アクティブパターンの上部の第１絶縁膜と導電性金属層を除去する段階と、
前記基板上に第２絶縁膜を形成する段階と、
該第２絶縁膜が形成されたアクティブパターンの上部にゲート電極を形成する段階と、
前記基板上に第３絶縁膜を形成する段階と、
該第２絶縁膜と第３絶縁膜を通して前記ソース領域とドレイン領域の一部を露出させる各第１コンタクホールを形成する段階と、
前記第１絶縁膜と第２絶縁膜及び第３絶縁膜を通して前記データラインの一部を露出させる第２コンタクホールを形成する段階と、
前記第１コンタクホールを通してソース領域と連結され、第２コンタクホールを通してデータラインと連結されるソース/ドレイン電極及び前記第１コンタクホールを通してドレイン領域と連結されるドレイン電極を形成する段階と、を順次行うことを特徴とする液晶表示素子の製造方法。 - 前記アクティブパターンと同一であるか、又は大きく設計されたマスクを使用して前記アクティブパターンの上部の第１絶縁膜と導電性金属層を除去することを特徴とする請求項１４記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記シリコン層は、結晶化されたシリコン薄膜に形成されることを特徴とする請求項１４記載の液晶表示素子の製造方法。
- ゲート電極を形成した後に該ゲート電極をマスクにより前記アクティブパターンの所定領域に不純物イオンを注入してソース領域とドレイン領域を形成する段階を追加して包含されることを特徴とする請求項１４記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記ソース電極とドレイン電極は、透明な導電物質により形成されることを特徴とする請求項１４記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記ドレイン電極の一部は、画素領域に延長されて画素電極が形成されることを特徴とする請求項１４記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記不純物イオンは、５族元素であることを特徴とする請求項１７記載の液晶表示素子。
- 前記５族元素は、燐を包含することを特徴とする請求項２０記載の液晶表示素子の製造方法。
- 前記不純物イオンは、３族元素であることを特徴とする請求項１７記載の液晶表示素子。
- 前記３族元素は、硼素を包含することを特徴とする請求項２２記載の液晶表示素子の製造方法。
- 基板上にシリコン層に形成されるが、ソース領域、ドレイン領域及びチャンネル領域に区分されるアクティブパターンと、
前記シリコン層と導電性金属層の二重層から成るデータラインと、
前記基板上に形成された第１絶縁膜と、
該第１絶縁膜上のアクティブパターンの上部に形成されたゲート電極と、
前記基板上に形成された第２絶縁膜と、
該第２絶縁膜と第１絶縁膜に形成された各第１コンタクホールを通して前記ソース領域と連結されるソース電極及び前記ドレイン領域と連結されるドレイン電極と、を包含して構成されることを特徴とする液晶表示素子。 - 前記ソース電極の一部は、前記第１絶縁膜と第２絶縁膜に形成された第２コンタクホールを通して前記データラインと電気的に接続されることを特徴とする請求項２４記載の液晶表示素子。
- 前記ドレイン電極の一部は、画素領域方向に延長されて画素電極が構成されることを特徴とする請求項２４記載の液晶表示素子。
- 前記ソース電極とドレイン電極は、透明な導電物質から成ることを特徴とする請求項２４記載の液晶表示素子。
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