JP4624161B2 - 薄膜トランジスター基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
先ず、第1のマスクを用いて基板の上に抵抗が小さいアルミニウムやアルミニウム合金などでゲート配線を形成した後、その上にゲート絶縁膜、非晶質珪素層、n+非晶質珪素層及び金属層を連続して積層する。
次に、ITO(indium tin oxide)膜を積層し、第3のマスクを用いてパターニングする。この時、ゲートパッドの上部にはITO膜が残っていない。ITO膜をマスクにして金属層及びn+非晶質珪素層をパターニングした後、保護膜を積層する。
前記のように、従来の4枚のマスクを用いた製造方法においては、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作られたゲートパッドがそのまま露出される。しかし、アルミニウムやアルミニウム合金は、抵抗は小さいが物理的、化学的刺激に弱いので損傷されやすい。これを補償するためには、ゲート配線を二重膜にするか、物理的、化学的損傷が少ない金属を用いるべきであるが、前者の場合には工程が複雑になり、後者の場合にはこのような金属の抵抗値が大きいという問題点がある。
上述したように、本発明においては、同一の層で作られるソース電極とドレーン電極とを分離する時、2つの電極の間に厚さが薄い感光膜パターンを形成することによって工程の数を減らす。
図1は本発明の第1実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスター基板の配置図であり、図2及び図3はそれぞれ図1に図示した薄膜トランジスター基板をII−II線及びIII−III'線に沿って切って図示した断面図である。
ゲート絶縁膜30の上には水素化非晶質珪素(hydrogenated a−morphous silicon)などの半導体からなる半導体パターン42、48が形成されており,半導体パターン42、48の上にはリン(P)などのn型不純物で高濃度でドーピングされている非晶質珪素などからなる抵抗性接触層(ohmic contact layer)パターンまたは接触層パターン55、56、58が形成されている。
つまり、データ線部の接触層パターン55はデータ線部(62、64、65)と同一形状であり、ドレーン電極用接触層パターン56はドレーン電極66と同一形状であり、維持蓄電器用接触層パターン58は維持蓄電器用導電体パターン68と同一形状である。
画素電極82は、また隣接するゲート線22及びデータ線62と重なって開口率を高めているが,重ねることは必須ではない。また、画素電極82は、接触孔74を通じて維持蓄電器用導電体パターン68とも連結されて、導電体パターン68に画像信号を伝達する。
ここでは画素電極82の材料の例として透明なITOをあげるが、反射形液晶表示装置の場合、不透明な導電物質を用いてもかまわない。
先ず、図4から図6に示したように、金属などの導電体層をスパッタリングなどの方法で1000Å〜3000Åの厚さで蒸着し、第1のマスクを用いて乾式または湿式エッチングして、基板10の上にゲート線22、ゲートパッド24、ゲート電極26及び維持電極28を含むゲート配線を形成する。
前記方法の中の1つは、図12及び図13に示したものであって、マスクに解像度より小さいパターン、たとえばスリット(slit)や格子形態のパターンを形成するか半透明膜を設けて光の照射量を調節するものである。
次に、図13Aのように、スリット410が形成された光マスク400を用いて光を照射する。この時、スリット410の間に位置しているパターン420の幅やパターン420の間の間隔、つまりスリット410の幅が露光器の分解能より小さい。一方、半透明膜を用いる場合にはマスク400を製作する時に用いられるクロム(Cr)層(図示せず)を完全に除去せず一定の厚さほど残して、この部分を通って入る光の照射量が減少するようにする。
次の方法は感光膜のリフロー(reflow)を用いるものである。これを図14及び図15とを例として説明する。
次に、感光膜パターンの第1部分114及びその下部の膜、つまり導電体層60、接触層50及び半導体層40に対するエッチングを進める。エッチングの後には、データ配線部Aにはデータ配線及びその下部の膜がそのまま残っており、チャンネル部Cには半導体層だけが残っていなければならず、残りの部分Bには上の三つの層60、50、40が全て除去されてゲート絶縁膜30が現れなければならない。
導電体層60がCrである湿式エッチングである場合には、エッチング液としてCeNHO3を用いることができる。導電体層60がMoであるかMoWである乾式エッチングの場合のエッチング気体としては、CF4とHClとの混合気体かCF4とO2との混合気体を用いることができ、後者の場合感光膜に対するエッチング比も殆ど類似している。
一方、データ配線部Aに対応する感光膜パターンの第2部分112もやはりエッチングされるので厚さが薄くなる。この段階において半導体パターン42、48が完成する。図面符号57と58とはそれぞれソース/ドレーン用導電体パターン67の下部の接触層パターンと維持蓄電器用導電体パターン68の下部の接触層パターンを示す。
最後に、データ配線部Aに残っている感光膜パターンの第2部分112を除去する。第2部分112の除去はチャンネル部Cに位置するソース/ドレーン用導電体パターン67を除去した後、その下の接触層パターン57を除去する前に行うことも可能である。
前述のようにしてデータ配線(62、64、65、66、68)を形成した後、図22から図24に示したように窒化珪素をCVD方法で蒸着するか、有機絶縁物質をスピンコーティングして3000Å以上の厚さを有する保護膜70を形成する。次に、第3のマスクを用いて保護膜70及びゲート絶縁膜30をエッチングしてドレーン電極66、ゲートパッド24、データパッド64及び維持蓄電器用導電体パターン68をそれぞれ露出する接触孔71、72、73、74を形成する。
前記のように本実施例においてはデータ配線(62、64、65、66、68)とその下部の接触層パターン55、56、58及び半導体パターン42、48を1つのマスクを用いて形成し、この過程でソース電極65とドレーン電極66とが分離されるが、次の第2及び3実施例においては保護膜の形成段階でソース電極とドレーン電極との分離が行われる。
図25は本発明の第2実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスター基板の配置図であり、図26及び図27はそれぞれ図25に示した薄膜トランジスター基板をXV−XV'線及びXVI−XVI'線に沿って切って示した断面図である。
先ず、図28から図30に示したように、第1のマスクを用いて基板10の上にゲート線22、ゲートパッド24、ゲート電極26及び維持電極28を含むゲート配線を形成する。
続いて、図26及び図27に示したように、画素電極82、補助ゲートパッド84及び補助データパッド86をエッチングマスクとし、保護膜70を乾式エッチングして開口部75を形成する。この時、エッチング条件は保護膜70だけがエッチングされるように設定しなければならず、エッチング終点は保護膜70の厚さが薄い部分、つまりチャンネル部の保護膜70が完全に除去されて、チャンネル部のソース/ドレーン用導電体パターン67が現れる時である。
以下、チャンネル部のソース/ドレーン用導電体パターン67とその下部の接触層パターン57とをエッチングしてソース電極65及びドレーン電極66を分離する方法は第1実施例と同一である。
次に、本発明の第3実施例による液晶表示装置及びその製造方法について図40から図47を参照しながら説明する。第2実施例においては保護膜を感光膜に形成して、別に保護膜を形成するための感光膜は置かないが、本実施例においては保護膜を形成する時に別に感光膜を用いる。
図25、図40及び図41に示したように、本実施例による薄膜トランジスター基板の構造は第2実施例と非常に類似している。ただし、本実施例では画素電極82、補助ゲートパッド84及び補助データパッド86で覆われない保護膜70の部分がエッチングされていない点で第2実施例と異なっている。
先ず、第2実施例と同様な方法でゲート配線22、24、26、28、ゲート絶縁膜30、ソース/ドレーン用導電体パターン67とその下部のソース/ドレーン接触層パターン57及び薄膜トランジスター用半導体パターン42、そして維持蓄電器用導電体パターン68とその下部の維持蓄電器用接触層パターン58及び維持蓄電器用半導体パターン48を形成する。
次に、図27、図46及び図47に示したように、感光膜パターン122を除去した後、蒸着し、第4のマスクを用いてエッチングし、画素電極82、補助ゲートパッド84及び補助データパッド86を形成する。第2実施例と同様な理由で補助ゲートパッド84及び補助データパッド86は必ず形成しなければならない。
次は第1または3実施例と異なって、第4実施例を通じて鉤または半月形のチャンネル部Cを有する本発明の実施例による薄膜トランジスター基板及びその製造方法について詳細に説明する。
図48のように、殆どの構造は第1実施例と同一である。
しかし、ソース電極65が´U´または´J´の形に形成されてゲート電極26を中心に上部及び下部にデータ線60の分に伸びており、ソース電極65及びドレーン電極66の間のチャンネル部Cが半月形または鉤に形成されている。このような構造は狭い面積でもチャンネル部の幅を広く有することができる。
しかし、第1〜4実施例のようにチャンネル部Cが直線または四角形または曲線部を有する半月形または鉤でなく、折曲した角部を有する場合には露光の時角部から発生する光の回折現象によってチャンネル部Cに走査される光の強さを均一に調節することができず、チャンネル部Cの感光膜パターン114を均一な厚さで残すのが難しい。
本発明の第5実施例による液晶表示装置及びその製造方法について図49から図51を参照しながら説明する。
図49及び図51に示したように、本実施例による薄膜トランジスター基板の構造は第4実施例と類似している。
では、本発明の実施例による液晶表示装置用基板の製造方法について図52と図49から図51を参照しながら詳細に説明する。
本発明の第5実施例による製造方法の殆どが第1実施例の製造方法と類似している。
他には、図52に示すように、感光膜110を塗布して第2のマスクを用いた写真工程で感光膜パターンの第1部分114、第2部分112を形成するが、薄膜トランジスターのチャンネル部Cの中で折曲する部分Dにおいては他の部分Bのように感光膜を全て完全に除去する。これは上述したようにチャンネル部Cのうち折曲する部分Dには、露光工程における光の回折現象によってチャンネル部Cの他の部分と走査される光の強さが異なっており、ソース及びドレーン電極65、66とその下部の接触層パターン55、56が完全に分離されないか、チャンネル部Cの半導体パターン42を均一な厚さに形成することができないために、B部分のように光の走査量を十分にして感光膜を除去して半導体パターンを残さないのが好ましいためである。ここで、データ配線部Aに位置した感光膜パターンの第2部分112は'コ'の字型のソース電極65を含むデータ配線(62、64、65、66、68)の形を有する。
前記のように、チャンネル部Cのうちの折曲する角部における半導体層を除去すると、チャンネル部Cの半導体パターン42を均一な厚さに形成することができる。
図53及び図54は本発明の第6実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスター基板の図面であって、それぞれ図1でII−II´及びIII−III´線に沿って切断した断面図である。
本発明の第6実施例による液晶表示装置用基板の製造方法について図55及び図56と前記図53及び54とを参照しながら詳細に説明する。
他には、図55及び図56のように、他の部分Bの露出された接触層50及びその下部の半導体層40及びゲート絶縁膜30を感光膜の第1部分114と一緒に除去して、チャンネル部Cのソース/ドレーン用導電体パターン67を露出しながらゲート絶縁膜パターン32、38及び半導体層パターン42、48を形成する。
図57AからCは本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスター基板の製造方法において用いられる第2光マスクの微細パターン構造を図示した配置図であって、直線または四角形のチャンネル部Cを形成するための光マスクの図面である。ここで、スリットパターンを中心に両側にはソース及びドレーン用マスクパターンが形成されており、スリットパターンが形成されている部分はチャンネル部Cに説明する。
また、露光時に光の透過量を調節することができる微細パターンの間の間隔及び微細パターンの幅は露光器の分解能より小さいものでなければならず、好ましくは半分以下であるのが好ましい。したがって、露光器の分解能が3μm乃至4μmである場合には微細パターンの間隔及び微細パターンの幅は1μm〜2μmであるのが好ましい。この時、光マスク400のチャンネル部Cには図57Aのように1つ以上のスリットパターン410を形成することができ、図57Bのように光マスク400のチャンネル部Cをスリットパターンに形成することができ、図57Cのようにチャンネル部Cの中央にチャンネル部Cの形で棒形のバー410を用いてスリットパターンを形成することができる。
図58A及び図58Bは図57A〜図57Cのマスクを用いて形成された感光膜パターンを図示した図面であって、図58Bは図58AでXXXVIb−XXXVIb'線に沿って切断した断面図である。
図59Aから図59Cは本発明の実施例による改善された光マスクの構造を図示した配置図である。
図60A及び図60Bは図59A〜図59Cのマスクを用いて形成された感光膜パターンを図示した図面であって、図60Bは図60AでXXXVIIIb−XXXVIIIb'線に沿って切断した断面図である。
図61A〜図61Cは本発明の実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスター基板の製造方法においてチャンネル部を鉤に形成するためのマスクの微細パターン構造を図示した配置図である。ここでも、チャンネル部Cを中心に対向する両側にはソース及びドレーン用マスクパターンが形成されている。
図61Aのチャンネル部Cには図59Cに示したように、チャンネル部Cの形に沿って棒形のバー410が形成されており、チャンネル部Cが終わる境界部分には光の透過量を増加させるために図59Bのようにチャンネル部Cの端部のマスク400に凹部420が追加されてチャンネル部Cの幅が他の部分より長く形成されている。
図61Cは図61Bと類似しているが、チャンネル部Cの端部を湾曲して形成し感光膜パターンを均一な厚さに形成するために提案された構造である。
図62A及びBのように、マスク用基板500の上部MgO、a−Si、MoSiなどからなる半透明膜510が形成されており、チャンネル部Cの半透明膜510を露出する開口部を有し、クロムなどからなる不透明パターン520が形成されている。この時、半透明膜510が終わるチャンネル部Cの両端には境界条件を除去するために棒形の半透明膜511が追加に形成されている。この時、半透明膜511の幅は露光器の分解能の1/2より小さいのが好ましい。
図63Aは境界領域Eの半透明膜520は他の部分510より狭く形成した場合であり、図63Bは境界領域Eにおいてマスク用基板500の間隔を広く形成して、棒形の半透明膜520を形成した場合である。
前記のような図面から分かるように、均一な異なる厚さの3つの部分を有する感光膜パターンを形成するために、光マスクは異なる透過率を有する4つの領域を有しなければならない。
前記において、用いる露光器の分解能が3μmである場合を考慮して、スリットパターンの幅及びこれらの間隔を1μm程度に設計した。
図64及び図65は本発明の第4実施例による液晶表示装置よう薄膜トランジスター基板の製造方法で用いる第2のマスクにおいてチャンネル部の構造だけを図示した配置図である。
しかし、図61Aと異なって、チャンネル部Cが90゜程度に折曲する角部を無くして、折曲する部分Dを45゜程度に湾曲な曲線部を有するようにチャンネル部Cが'U'字型または'J'字型に形成した。ここでも、チャンネル部Cが終わる部分Eには光透過量を増加させて感光膜パターンの厚さを均一に形成するために他の部分よりチャンネル部Cが長く、または広く形成されている。
22 ゲート線
24 ゲートパッド
26 ゲート電極
28 維持電極
30 ゲート絶縁膜
40 半導体層
50 接触層
42 薄膜トランジスター用半導体パターン
48 半導体パターン
55、56、58 接触層パターン
57 接触層パターン
60 導電体層
62 データ線
64 データパッド
65 ソース電極
66 ドレーン電極
67 ソースドレーン用導電体パターン
68 維持蓄電器用導電体パターン
70 保護膜
71、72、73、74 接触孔
82 画素電極
84、86 補助ゲートパッド
112 第2部分
110、114、200、210、220 感光膜
122、124、250 感光膜パターン
300 薄膜
410 スリット
411、412、413 スリットパターン
420 パターン
430 不透明なパターン
500 マスク用基板
510、511 半透明膜
520 不透明パターン
Claims (2)
- 絶縁基板の上にゲート線、前記ゲート線に連結されたゲート電極および前記ゲート線に連結されて外部から信号の伝達を受けるゲートパッドを含むゲート配線を形成する段階、
前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜を形成する段階、
前記ゲート絶縁膜の上に半導体層、抵抗性接触層及び導電体層を順次に形成する段階、
感光膜を前記導電体層の上に塗布する段階、
前記感光膜をマスクを通じて露光し、薄膜トランジスタのチャンネル部に位置する第1厚さを有する第1部分と、前記第1厚さより厚い第2厚さを有する第2部分とを含む感光膜パターンを形成する段階、
前記感光膜パターンをマスクとして前記導電体層をエッチングしてデータパッド及びデータ配線を含むソース/ドレーン用導電体パターンを形成する段階、
露出した前記抵抗性接触層及びその下部の半導体層をエッチングすると共に、前記第1部分をエッチングして前記ソース/ドレーン用導電体パターンを現すと同時に、前記第2部分をエッチングして厚さを減少する段階、
前記ソース/ドレーン用導電体パターン及び前記ソース/ドレーン用接触層パターンを前記感光膜パターンを用いて写真エッチングして、ソース電極及びドレーン電極とを分離すると共に、その下部に位置する接触層パターンを形成する段階、
前記感光膜パターンを除去した後に、前記データ配線を含む全面に保護膜を形成する段階、
前記ドレーン電極上及び前記データパッドの前記保護膜を除去すると共に、前記ゲートパッドの上の前記ゲート絶縁膜及び保護膜を除去して、前記ドレーン電極、前記データパッド及び前記ゲートパッドを露出する段階、
前記保護膜上に前記ドレーン電極を覆う画素電極、前記ゲートパッドを覆う補助ゲートパッド及び前記データパッドを覆う補助データパッドを形成する段階、
を含む薄膜トランジスタ基板の製造方法。 - 絶縁基板の上にゲート線、前記ゲート線に連結されたゲート電極および前記ゲート線に連結されて外部から信号の伝達を受けるゲートパッドを含むゲート配線を形成する段階、
前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜を形成する段階、
前記ゲート絶縁膜の上に半導体層、抵抗性接触層、及び導電体層を順次に形成する段階、
前記導電体層、前記抵抗性接触層及び前記半導体層をパターニングして、データパッド及びデータ配線を含むソース/ドレーン用導電体パターン、ソース/ドレーン用接触層パターン及び半導体パターンを形成する段階、
前記ソース/ドレーン用導電体パターンを含む全面に保護膜を形成する段階、
感光膜を前記保護膜の上に塗布する段階、
前記感光膜をマスクを通じて露光し、薄膜トランジスタのチャンネル部に位置する第1厚さを有する第1部分と、前記第1厚さより厚い第2厚さを有する第2部分とを含み、前記ドレーン電極となる領域上、前記データパッド上及び前記ゲートパッド上に位置する接触孔が形成される部分は厚さがない感光膜パターンを形成する段階、
前記感光膜パターンをマスクとして、露出した前記保護膜とその下部の前記ゲート絶縁膜をエッチングして接触孔を形成すると共に、前記感光膜パターンの前記第1部分と前記第1部分の下部の前記保護膜をエッチングして、前記ドレーン電極となる領域、前記データパッド及び前記ゲートパッドを露出すると共に、前記ソース/ドレーン用導電体パターンを現す段階、
前記感光膜パターンを除去した後に、前記保護膜上に前記ドレーン電極となる領域を覆う画素電極、前記ゲートパッドを覆う補助ゲートパッド及び前記データパッドを覆う補助データパッドを形成する段階、
現れている前記ソース/ドレーン用導電体パターン及び前記ソース/ドレーン用接触層パターンを用いてエッチングして、ソース電極及びドレーン電極とを分離すると共に、その下部に位置する接触層パターンを形成する段階、
を含むトランジスタ基板の製造方法。
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