JP2006011390A - 液晶表示装置の薄膜トランジスタを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程を簡単にする薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】 ＴＦＴを製造するための方法であって、基板を供給するステップと、基板上に透明導電層、第１の金属層、第１の絶縁層、半導体層、および第２の金属層を順次形成するステップと、第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）を実行して前記形成した層の一部を除去してソース電極およびドレイン電極を形成し、またチャネル領域を画定するステップであって、前記第１のＰＥＰが第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含むステップと、第２の絶縁層を形成し、また第２のＰＥＰを実行して複数の接触孔部を形成するステップと、第３の金属層を形成し、また第３のＰＥＰを実行して第３の金属層の一部を除去するステップとを含む方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マトリックス・デバイスを製造するための方法に関し、特に薄膜トランジスタ液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）を製造するための方法に関する。

科学および技術の進歩により、小型で効果的なポータブル・インテリジェント情報製品を製造することができるようになったために、現代社会においては表示装置が重要な役割を果たしている。近年、表示装置は非常に改善され、性能、品質がよくなり、大型になり、コストが安くなってきている。ＴＦＴ−ＬＣＤは、薄く、軽量であり、消費電力が小さいという特徴を有していて、将来ＣＲＴに取って代わる表示装置として大きな市場になるものと期待されている。高性能で低価格のＴＦＴ−ＬＣＤを実現するための製造技術の開発は重要な課題である。

従来のねじれネマティック（ＴＮ）ＬＣＤの場合、またはＩＰＳ−ＬＣＤおよびＭＶＡ−ＬＣＤのような最近開発された視野角の広いＬＣＤの場合、画像の変化を制御するためにスイッチ・デバイスが必要になる。広く使用されているスイッチ・デバイスＴＦＴとしては、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、および他の必要な半導体または絶縁層等がある。ＴＦＴの製造工程が、全ＬＣＤの全処理ステップをほぼ決定するので、ＴＦＴの製造工程を簡単にすれば、ＴＦＴ−ＬＣＤの価格を安くすることができる。

従来の製造方法は、液晶表示装置でＴＦＴを実現するために４つまたは５つのマスクを使用する。ＴＦＴデバイスの必要な素子としては、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極およびチャネル領域等がある。これらの必要な素子を形成するためには一定の処理ステップが必要であり、それ故、これらのステップを省略するのは難しい。しかし、ハーフトーン・フォトリソグラフ製造の進歩により、フォトエッチング工程は１枚のマスクを使用するだけで、フォトトランジスタを異なる厚さにすることができるようになった。これにより製造工程が簡単になった。

それ故、本発明の主目的は、製造工程を簡単にする目的で上記問題を解決するための薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。

本発明によれば、液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法は、基板上に、透明導電層、第１の金属層、第１の絶縁層、半導体層、および第２の金属層を順次形成するステップを含む。その後で、ソース電極およびドレイン電極を形成し、またチャネル領域を画定する目的で、第２の金属層、半導体層、第１の絶縁層、第１の金属層、および透明導電層の一部を除去するために第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）が行われる。第２の絶縁層が形成され、その後で、複数の接触孔部を形成する目的で、第２の絶縁層の一部を除去するために第２のＰＥＰが実行される。最後に、ソース電極およびドレイン電極を他のワイヤと電気的に接続するために第３の金属層が形成され、第３の金属層の一部を除去するために第３のＰＥＰが実行される。第１のＰＥＰは、第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含み、第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程は、第２の金属層上に第１のフォトレジスト層および第２のフォトレジスト層を形成する。

本発明によれば、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造方法は、基板上に、透明導電層、第１の金属層、第１の絶縁層、半導体層、および第２の金属層を順次形成するステップを含む。その後で、ゲート線および共通線を形成し、ＴＦＴ領域、チャネル領域および画素電極領域を画定する目的で、第２の金属層、半導体層、第１の絶縁層、第１の金属層、および透明導電層の一部を除去するために、第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）が実行される。第２の絶縁層が形成され、その後で複数の接触孔部を形成し、透明導電層の一部を露出する目的で、第２の絶縁層、半導体層、第１の絶縁層、および第１の金属層の一部を除去するために第２のＰＥＰが実行される。最後に、第３の金属層が形成され、そしてデータ線およびキャパシタンス領域を形成し、ＴＦＴ領域および画素電極領域を電気的に接続するために第３のＰＥＰが実行される。第１のＰＥＰは、第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含み、第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程は、第２の金属層上に第１のフォトレジスト層および第２のフォトレジスト層を形成する。

本発明の１つの利点は、本発明の製造方法は、ＬＣＤの処理ステップを簡単にすることができることであり、例えば、必要なマスクの数を４または５から３に減らすことができることである。

それ故、本発明は低価格のＴＦＴ−ＬＣＤを実現することができる。

通常の当業者であれば、何枚かの図および図面に示す好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読めば、本発明の上記および他の目的をはっきりと理解することができるであろう。

図１を参照すると、この図は、液晶表示装置（ＬＣＤ）１０の略図である。ＬＣＤ１０は、複数のゲート線１２、複数のデータ線１４、複数のスイッチ・デバイス１６、および複数の画素電極１８を備える。各スイッチ・デバイス１６は、対応するゲート線１２および対応するデータ線１４に接続していて、接続画素電極１８の電荷を制御する。

図２〜図７を参照すると、これらの図面は、ＬＣＤ１０の製造工程を明示している。第１の好ましい実施形態の場合には、ＬＣＤ１０を製造するために透明基板２０が形成される。図３に示すように、透明導電層２２、第１の金属層２４、第１の絶縁層２６、半導体層２８、および第２の金属層３０が基板２０上に順次形成される。形成後に、第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）が実行される。第１のＰＥＰは、第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含み、第１のフォトレジスタ３２および第２のフォトレジスタ３４のような厚さの異なる２つのフォトレジスタを形成する。第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程中に、スリット・パターンを含むマスクが電子ビームまたはレーザにより照射される。スリット・パターンのピッチは、電子ビームまたはレーザの波長に対応して決められ、フォトレジスタ層の異なる部分上に異なる厚さを形成することができる。露光後、フォトレジスタ層が、２つの異なる厚さの領域内、すなわち、第１のフォトレジスタ３２および第２のフォトレジスタ３４内に形成される。図２および図３に示すように、第１のフォトレジスタ３２および第２のフォトレジスタ３４を形成した後で、第１のＰＥＰは、さらに、第２の金属層３０、半導体層２８、第１の絶縁層２６、第１の金属層２４および透明導電層２２の一部を除去し、ゲート線６０および共通線６２を形成するための第１のエッチング工程を含む。次に、第２のフォトレジスタ３４が除去され、第２のエッチング工程が行われる。ソース／ドレイン領域６４、チャネル領域６６および画素電極領域６８を形成するために、第２の金属層３０の一部が除去される。

図４および図５を参照すると、第１のＰＥＰを行った後で、第２の絶縁層３６が形成され、第２のＰＥＰが実行される。第２のＰＥＰを行っている間に、第３のフォトレジスタ３８および第４のフォトレジスタ３９を形成するために、第２のハーフトーン・フォトリソグラフ工程が実行される。第２の絶縁層３６のパターンを画定するために、第３のフォトレジスタ３８および第４のフォトレジスタ３９が形成される。最初に、第３のフォトレジスタ３８および第４のフォトレジスタ３９から露出した第２の絶縁層３６、半導体層２８、第１の絶縁層２６および第１の金属層２４の一部を除去するために、第２のＰＥＰは第３のエッチング工程を使用する。次に、第４のフォトレジスタ３９が除去され、複数の接触孔部７０を形成するために、第２の絶縁層３６の一部が除去される。第２のＰＥＰ工程の後で、透明導電層２２の一部が画素電極領域６８のパターンと適合するように露出され、２つの接触孔部７０がソース／ドレイン領域６４内の露出した第２の金属層３０上に形成される。

図６および図７を参照すると、第２のＰＥＰの後で、第３の金属層４０およびパッシベーション層４１が形成され、第３のＰＥＰが実行される。最初に、第３の金属層４０、パッシベーション層４１および第５のフォトレジスタ４２が形成される。次に、第３の金属層４０およびパッシベーション層４１の一部を除去し、データ線７２、導電領域７４およびキャパシタンス領域７６を形成するために、第４のエッチング工程が実行される。データ線７２は、接触孔部７０のうちの１つを通してソース／ドレイン領域６４と電気的に接続していて、導電領域７４は、ソース／ドレイン領域６４内に形成されている他の接触孔部７０を通して、ソース／ドレイン領域６４および画素電極領域６８を導通する。図６および図７に示すように、共通線６２の両側の上に位置する２つの画素電極領域６８の周辺部および共通線６２は、第２の絶縁層３６によりカバーされている。第３の金属層４０は、２つの画素電極領域６８を電気的に接続するために共通線６２をまたいでいる。第３の金属層４０は、２つの画素電極領域６８を導通し、共通線６２と一緒にキャパシタンス領域７６を形成する。さらに、この要件により、第３の金属層４０は、接触パッド７８のところで第１の金属層２４および第２の金属層３０を導通する。接触パッド７８は、駆動回路、駆動ＩＣまたは共通電圧に電気的に接続している。

本発明は、他の工程によっても実行することができる。第２の好ましい実施形態の場合には、第１のＰＥＰは、第１の実施形態のＰＥＰに類似しているが、第２および第３のＰＥＰは異なる。

図８を参照すると、第１のＰＥＰを実行した後で、第２の絶縁層３６が形成され、異なる第２のＰＥＰが実行される。第２のＰＥＰの実行中、第２の絶縁層３６のパターンを形成するために、第３のフォトレジスタ３８だけが形成される。第２のＰＥＰは、第３のフォトレジスタ３８または第２の金属層３０から露出した第２の絶縁層３６、半導体層２８、第１の絶縁層２６、および第１の金属層２４の一部を除去するために、第５のエッチング工程を使用する。第５のエッチング工程を実行中に、高いエッチング選択性を有する化学溶液が、第１の金属層２４を除去し、第２の金属層３０を保持するために使用される。第１の金属層２４および第２の金属層３０の化学的特性のために、選択した溶液は第１の金属層２４としか反応できない。第２のＰＥＰの後で、透明導電層２２の一部が露出して、画素電極領域６８のパターンと適合し、２つの接触孔部７０がソース／ドレイン領域６４内の露出した第２の金属層３０上に形成される。

図９を参照すると、第２のＰＥＰの後で第３の金属層４０およびパッシベーション層４１が形成され、第３のＰＥＰが同様に実行される。最初に、第３の金属層４０、パッシベーション層４１、および第５のフォトレジスタ４２が形成される。次に、第３の金属層４０およびパッシベーション層４１の一部を除去し、データ線７２、導電領域７４およびキャパシタンス領域７６を形成するために、第６のエッチング工程が実行される。

基板２０は、ガラス基板、石英基板またはプラスチック基板のように、光が通過できる状態にある。透明導電層２２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）である。第１の金属層２４、第２の金属層３０および第３の金属層４０は、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）または上記金属のいずれかの合金からなる。

一般的なＴＮ ＴＦＴ−ＬＣＤを参照しながら上記実施形態を説明してきたが、ＳＴＮ ＴＦＴ−ＬＣＤ、ＩＰＳ ＴＦＴ−ＬＣＤまたはＭＶＡ ＴＦＴ−ＬＣＤのような他のタイプのＬＣＤの本発明の製造工程は、ＴＮ ＴＦＴ−ＬＣＤの製造工程と類似している。従来技術とは対照的に、本発明は、低価格のＴＦＴ−ＬＣＤを実現することができるように処理ステップを簡単にすることができる。

当業者であれば、本発明の開示から逸脱することなしに、デバイスを種々に修正および変更することができることを容易に理解することができるだろう。それ故、上記開示は、添付の特許請求の範囲だけにより制限されるものと解釈すべきである。

液晶表示装置の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置の製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置のもう１つの製造工程の略図である。 本発明による液晶表示装置のもう１つの製造工程の略図である。

Claims (19)

1. 液晶表示装置（ＬＣＤ）の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造するための方法であって、
   基板を供給するステップと、
   前記基板上に、透明導電層、第１の金属層、第１の絶縁層、半導体層、および第２の金属層を順次形成するステップと、
   第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）を実行して前記第２の金属層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、前記第１の金属層、および前記透明導電層の一部を除去してソース電極、ドレイン電極、およびチャネル領域を形成するステップと、
   第２の絶縁層を形成し、また第２のＰＥＰを実行して前記第２の絶縁層の一部を除去して複数の接触孔部を形成するステップと、
   第３の金属層を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を他のワイヤと電気的に接続し、パッシベーション層を形成して前記第３の金属層を保護し、第３のＰＥＰを実行して前記第３の金属層および前記パッシベーション層の一部を除去するステップとを含む方法。
2. 前記基板が、ガラス基板、石英基板またはプラスチック基板からなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の金属層、前記第２の金属層および前記第３の金属層が、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）またはこれらの金属のうちのいずれかの合金を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記透明導電層が、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１のＰＥＰが、前記第２の金属層上に第１のフォトレジスタ層および第２のフォトレジスタ層を形成する第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２のＰＥＰが第２のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２のＰＥＰを実行するステップが、
   第２のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を実行して前記第２の絶縁層上に第３のフォトレジスタ層および第４のフォトレジスタ層を形成するステップと、
   前記第３のフォトレジスタ層および前記第４のフォトレジスタ層から露出した前記第２の絶縁層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、および前記第１の金属層の一部を除去するステップと、
   前記第４のフォトレジスタ層を除去するステップと、
   前記第２の絶縁層の一部を除去して前記接触孔部を形成するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第２のＰＥＰを実行するステップが、
   前記第２の絶縁層上に第３のフォトレジスタ層を形成するステップと、
   前記第３のフォトレジスタ層または前記第２の金属層から露出した前記第２の絶縁層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、および前記第１の金属層の一部を除去するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第２のＰＥＰが、所定の選択性によるウェット・エッチング工程を含む、請求項８に記載の方法。
10. 液晶表示装置（ＬＣＤ）を製造するための方法であって、
    基板を供給するステップと、
    前記基板上に透明導電層、第１の金属層、第１の絶縁層、半導体層、および第２の金属層を順次形成するステップと、
    第１のフォトエッチング工程（ＰＥＰ）を実行して前記第２の金属層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、前記第１の金属層、および前記透明導電層の一部を除去してゲート線および共通線を形成し、またＴＦＴ領域、チャネル領域および画素電極領域を画定するステップと、
    第２の絶縁層を形成し、また第２のＰＥＰを実行して前記第２の絶縁層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、および前記第１の金属層の一部を除去して複数の接触孔部を形成し、また前記透明導電層の一部を露出するステップと、
    第３の金属層およびパッシベーション層を形成し、また第３のＰＥＰを実行してデータ線およびキャパシタンス領域を形成し、また前記ＴＦＴ領域と前記画素電極領域を電気的に接続するステップとを含む方法。
11. 前記基板が、ガラス基板、石英基板またはプラスチック基板を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の金属層、前記第２の金属層および前記第３の金属層が、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）またはこれらの金属のうちのいずれかの合金を含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記透明導電層が、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）を含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記第１のＰＥＰが、前記第２の金属層上に、第１のフォトレジスタ層および第２のフォトレジスタ層を形成する第１のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記第２のＰＥＰが、第２のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記第２のＰＥＰを実行するステップが、
    第２のハーフトーン・フォトリソグラフ工程を実行して前記第２の絶縁層上に第３のフォトレジスタ層および第４のフォトレジスタ層を形成するステップと、
    前記第３のフォトレジスタ層および前記第４のフォトレジスタ層から露出した前記第２の絶縁層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、および前記第１の金属層の一部を除去するステップと、
    前記第４のフォトレジスタ層を除去するステップと、
    前記第２の絶縁層の一部を除去して前記接触孔部を形成するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記第２のＰＥＰを実行するステップが、
    前記第２の絶縁層上に第３のフォトレジスタ層を形成するステップと、
    前記第３のフォトレジスタ層または前記第２の金属層から露出した前記第２の絶縁層、前記半導体層、前記第１の絶縁層、および前記第１の金属層の一部を除去するステップとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
18. 前記第２のＰＥＰが、所定の選択性によるウェット・エッチング工程を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第３の金属層が、２つの画素電極領域を電気的に接続するために前記共通線をまたいでいる、請求項１０に記載の方法。
    

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