JP4662700B2 - 薄膜トランジスタアレイ基板及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタアレイ基板及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は薄膜トランジスタアレイ基板及びその製造方法に係り、より詳しくは、製造工程中に発生する静電気を防止するための静電気保護素子を有する薄膜トランジスタアレイ基板及びその製造方法に関するものである。
液晶表示装置は現在最も広く用いられている平板表示装置のうちの一つであって、電極が形成されている二枚の基板、その間に挿入されている液晶層、及び二つの基板の外側に付着されている偏光板からなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を再配列させることによって透過する光の量を調節する表示装置である。
このような液晶表示装置を製造するためには、対向する二枚の絶縁基板には同時に複数の液晶表示装置用液晶セルが形成される。ここで、各々の液晶セルは、画像が表示される複数の画素からなり、走査信号又は映像信号を伝達するための配線、映像信号を制御するための薄膜トランジスタ、映像信号が伝達される画素電極、及び赤、緑、青のカラーフィルターなどが配置されている画面表示部と、外部から電気的信号が伝達されるパッドが形成されているパッド部と、製造工程中に発生する静電気によって画面表示部に形成されている薄膜トランジスタのような駆動素子が破壊されるのを防止するための静電気保護素子が形成されている周辺部とを含む。
この時、静電気保護素子は、液晶表示装置の製造工程中に画素不良を検査することができる構造に配線を形成し、以後の製造工程で発生する静電気をより容易に放電させることができると同時に、画面表示部の配線を形成する時に別途の追加工程なしで製作することができるのが好ましい。
本発明が目的とする技術的課題は、製造工程中に発生する静電気をより容易に放電させることができる薄膜トランジスタアレイ基板を提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、追加工程なしで静電気保護素子を製作することができる薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法を提供することにある。
本発明による薄膜トランジスタアレイ基板には、複数の信号線とこれらを共通して連結する短絡線(shorting bar)との間に、線抵抗が急激に変わる抵抗段差部が形成されている。
より詳細には、本発明による薄膜トランジスタアレイ基板は、ゲート線とゲート線に連結されているゲート電極とを含むゲート配線が絶縁基板の上に形成されており、ゲート絶縁膜がゲート配線を覆っている。ゲート絶縁膜の上部には半導体層が形成されており、半導体層の上部には、ゲート線と交差するデータ線、データ線に連結されているソース電極、及びゲート電極を中心にソース電極と対向するドレーン電極を含むデータ配線が形成されている。また、基板の上部には、ゲート線又はデータ線に各々連結されており、互いに異なる線抵抗を有する抵抗段差部を有する抵抗段差用配線が形成されており、ドレーン電極に連結されている画素電極が形成されている。
この時、抵抗段差用配線は、下部膜及び下部膜より低い比抵抗を有する上部膜を含み、上部膜の一部が除去されているのが好ましい。
データ配線と画素電極との間に保護膜が形成されており、前記保護膜は、抵抗段差用配線の下部膜を露出する第1接触孔を有するのが好ましい。
ゲート配線は、ゲート線の一端に連結されているゲートパッドを含み、データ配線は、データ線の一端に連結されているデータパッドを含み、保護膜は、ゲートパッド及びデータパッドを露出する第2及び第3接触孔を有し、画素電極と同一層には、第2及び第3接触孔を介してゲートパッド及びデータパッドに連結されている補助ゲートパッド及び補助データパッドがさらに形成され、第1接触孔を介して下部膜に接している抵抗段差用導電膜がさらに形成されるのが好ましい。
このような本発明による薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法においては、まず、基板の上に第1下部膜及び第1下部膜より低い比抵抗を有する第1上部膜を積層してパターニングし、ゲート線及びゲート電極を含むゲート配線と、第1抵抗段差用連結線及びゲート短絡線を含む第1静電気保護用配線とを形成する。次に、基板の上にゲート絶縁膜を積層し、ゲート絶縁膜の上部に半導体層を形成した後、第2下部膜及び第2下部膜より低い比抵抗を有する第2上部膜を積層してパターニングし、データ線、ソース電極及びドレーン電極を含むデータ配線と、第2抵抗段差用連結線及びデータ短絡線を含む第2静電気保護用配線とを形成する。次に、第1及び第2抵抗段差用連結線の上部膜の一部を除去して、ドレーン電極に連結される画素電極を形成する。
下部膜は、クロム、モリブデン又はモリブデン合金で形成し、上部膜はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成するのが好ましい。
また、上部膜を除去するためには、データ配線と画素電極との間に保護膜を形成してパターニングし、第1及び第2抵抗段差用連結線を露出する接触孔を形成した後、接触孔を介して露出された上部膜をエッチングするのが好ましい。上部膜はアルミニウムエッチング液を用いたアルミニウム全面エッチング工程で除去する。
本発明では、静電気保護用配線を用いることで製造工程中に発生する静電気を容易に放電させることができ、このような静電気保護用配線を追加工程なしで薄膜トランジスタの製造工程で形成することができる。
添付した図面を参考にして、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。
図面では、層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通して類似した部分については同じ図面符号を付している。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上にある”とする場合には、その部分の直ぐ上にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も意味する。反対に、ある部分が他の部分の“真上にある”とする場合には、その中間に何もないことを意味する。
以下、本発明の実施例による配線、これを含む薄膜トランジスタアレイ基板、及びその製造方法について、図面を参考にして詳細に説明する。
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アレイ基板について詳細に説明する。
まず、図1を参照して、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アレイ基板の構造について説明する。
図1は、本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板の構造を概略的に示した配置図である。
図1のように、本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板100には、画像が表示される複数の画素がマトリックス形態に配列されている。薄膜トランジスタアレイ基板100は、画面表示部(A)と、ゲート及びデータパッド部(P)と、抵抗段差部(G)と、を含む。
画面表示部(A)には、走査信号又はゲート信号を伝達するゲート配線200;データ信号又は映像信号を伝達するデータ配線700;各々の画素に形成されており、透明な導電物質又は反射度を有する導電物質からなる画素電極;ゲート配線200及びデータ配線700に電気的に連結されており、ゲート配線200の走査信号によりデータ配線700を経由して画素電極に伝達される映像信号を制御する薄膜トランジスタ;などが配置されている。
ゲート及びデータパッド部(P)は、外部からの走査信号又は映像信号をゲート配線200又はデータ配線700に伝達するゲートパッド及びデータパッドが集まって形成されている。
抵抗段差部(G)は、製造工程中に発生する静電気を放電させて画面表示部に形成されている薄膜トランジスタのような素子が破壊されるのを防止するために、複数のゲート配線200及びデータ配線700に各々連結されている。
複数のゲート配線200及びデータ配線700は、ゲート及びデータパッド部(P)及び抵抗段差部(G)を経由してゲート短絡線128及びデータ短絡線178に連結されている。抵抗段差部(G)、ゲート短絡線128、及びデータ短絡線178は、静電気保護素子に属する。ここで、抵抗段差部(G)は、少なくとも二つ以上であり、低い線抵抗を有する部分と高い線抵抗を有する部分とを含む配線からなっている。製造工程中に静電気が発生する場合、静電気はゲート短絡線128及びデータ短絡線178を通じて複数のゲート配線200及びデータ配線700へ拡散するようになる。しかし、ゲート配線200及びデータ配線700に流れる前に、抵抗段差部(G)で線抵抗の差が急激に変わることにより、スパーク放電(spark discharge)が発生して静電気は放電される。
次に、このような本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板における画面表示部、抵抗段差部及びパッド部について、図面を参照して具体的に説明する。
まず、図2〜図4を参考にして本発明の第1実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板の構造について詳細に説明する。
図2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アレイ基板の配置図である。図3及び図4は、図2に示した薄膜トランジスタアレイ基板をIII−III’及びV−V’線に沿って切断して示した各々の断面図である。
絶縁基板110の上には、高い比抵抗を有するモリブデン、モリブデン合金又はクロムなどからなる下部膜201、及び下部膜201より低い比抵抗を有する銀、銀合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などからなる上部膜202を含むゲート配線と、第1静電気保護用配線とがテーパ構造に形成されている。ゲート配線は、画面表示部(A)から横方向に伸びているゲート線121;ゲート線121の端に連結されてパッド部(P)に位置し、外部からのゲート信号の印加を受けてゲート線121に伝達するゲートパッド125;及びゲート線121;に連結されている。ゲート配線は、画面表示部(A)に位置する薄膜トランジスタのゲート電極123を含む。また、ゲート配線は、以後に形成される画素電極190に連結される維持蓄電器用導電体パターン177と重なって、画素の電荷保存能力を向上させる維持蓄電器を構成する。第1静電気保護用配線は、抵抗段差部(G)に形成されており、ゲート線121の対向側でゲートパッド125に連結されている抵抗段差用連結線124、及び複数のゲート線121を抵抗段差用連結線124により共通して連結するゲート短絡線128を含む。この時、ゲート配線121、123、125及び第1静電気保護用配線124、128は、30〜70゜程度の傾斜角を有するテーパ構造に形成されている。
基板110の上には、窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜140がゲート配線121、125、123及び第1静電気保護用配線124、128を覆っている。
ゲート電極125のゲート絶縁膜140の上部には、非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層150が形成されている。半導体層150の上部には、シリサイド又はn型不純物が高濃度にドーピングされているn+の水素化非晶質シリコンなどの物質で作られた抵抗接触層163、165が各々形成されている。
抵抗接触層163、165又はゲート絶縁膜140の上には、高い比抵抗を有するモリブデン、モリブデン合金又はクロムなどからなる下部膜701、及び下部膜701より低い比抵抗を有する銀、銀合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などからなる上部膜702を含むデータ配線と、第2静電気保護用配線とが形成されている。データ配線は、画面表示部(A)から縦方向に伸び、ゲート線121と交差して画素領域を定義するデータ線171;データ線171に連結されて抵抗接触層163の上部まで伸びているソース電極173;データ線171の一端に連結されてパッド部(P)に位置し、外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド179;ソース電極173と分離されており、ゲート電極123に対してソース電極173の反対側抵抗接触層165の上部に形成されているドレーン電極175;を含む。また、データ配線は、保持容量を向上させるためにゲート線121と重なっており、以後に形成される画素電極190に電気的に連結される維持蓄電器用導電体パターン177を含む。第2静電気保護用配線は、抵抗段差部(G)に形成されており、データ線111の対向側でデータパッド179に連結されている抵抗段差用連結線174、及び複数のデータ線171を抵抗段差用連結線174により共通して連結するデータ短絡線178を含む。
データ配線171、173、175、177、179、第2静電気保護用配線174、178、及びこれらが覆わない半導体層150の上部には、平坦化特性が優れており、感光性を有する有機物質又はa−Si:C:O:Hなどを含む低誘電率絶縁物質の絶縁膜を含む保護膜180が形成されている。ここで、保護膜180は、窒化ケイ素からなる絶縁膜をさらに含むことができ、このような場合に、絶縁膜は、有機絶縁膜の下部に位置して半導体層150を直接覆うのが好ましい。また、有機絶縁物質は、ゲートパッド125及びデータパッド179が位置するパッド部(P)から完全に除去するのが好ましいが、このような構造は、ゲートパッド125及びデータパッド179の上部に走査信号及び映像信号を各々伝達するために、薄膜トランジスタアレイ基板の上部にゲート駆動集積回路及びデータ駆動集積回路を直接実装するCOG(chip on glass)方式の液晶表示装置に適用する際に特に有利である。
保護膜180には、ドレーン電極175、維持蓄電器用導電体パターン177、及びデータパッド179を各々露出する接触孔185、187、189が形成されており、ゲート絶縁膜140と共にゲートパッド125を露出する接触孔182が形成されている。また、保護膜180には、抵抗段差用連結線124、174を露出する接触孔184、186が少なくとも二つ以上形成されている。この時、接触孔184、186は、抵抗段差用連結線124、174の境界線を露出するのが好ましいが、そうでないこともある。ここで、接触孔184、186を介して露出された抵抗段差用連結線124、174では、低い比抵抗を有する上部膜202、702が除去され、接触孔184、186を介して露出された部分は抵抗段差用連結線124、174の他の部分より高い線抵抗を有するようになる。したがって、製造工程中に静電気が発生する場合に、静電気はゲート短絡線128及びデータ短絡線178を通じて複数のゲート配線200及びデータ配線700へ拡散するようになるが、ゲート配線200及びデータ配線700に流れる前に、接触孔184、186を介して除去された上部膜202、702の境界で線抵抗の急激な変化が起こることにより、スパーク放電(spark discharge)が発生して静電気は放電される。ここで、製造工程中のスパーク放電によって下部膜201、701が断線することもある。
保護膜180の上部には、接触孔185を介してドレーン電極175と電気的に連結されており、画面表示部(A)の画素領域に位置し、透明な導電物質のIZO(indium zinc oxide)又はITO(indium tin oxide)などからなる画素電極190が形成されている。また、保護膜180の上には、接触孔182、189を介して各々ゲートパッド125及びデータパッド179に連結されている補助ゲートパッド92及び補助データパッド97がパッド部(P)に形成されている。ここで、補助ゲート及びデータパッド92、97は、ゲート及びデータパッド125、179を保護するためのものであり、必須のものではない。また、保護膜180の上には、接触孔184、186を介して抵抗段差用連結線124、174に接する抵抗段差用導電膜94、96が形成されている。
このような本発明の第1実施例による薄膜トランジスタアレイ基板は、低い比抵抗を有する配線を含んでいるので、大画面の液晶表示装置の動作特性を向上させることができ、第1及び第2静電気保護用配線を用いて製造工程中に発生する静電気を容易に放電させることができる効果がある。
以下、図5a〜図8c及び図2〜図4を参照して、本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図5a〜図5cに示したように、ガラス基板110の上部に、モリブデン、モリブデン合金又はクロムなどからなる下部膜201、及び下部膜201より低い比抵抗を有するアルミニウム又はアルミニウム合金などからなる上部膜202を順に積層し、マスクを用いた写真エッチング工程で上部膜202及び下部膜201を共にパターニングして、ゲート線121、ゲート電極123、及びゲートパッド125を含むゲート配線と、ゲート短絡線128及び抵抗段差用連結線14を含む第1静電気保護用配線とをテーパ構造に形成する。
次に、図6a〜図6cに示したように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜140、非晶質シリコンからなる半導体層150、ドーピングされた非晶質シリコン層160の3層の膜を連続して積層し、マスクを用いたパターニング工程で半導体層150及びドーピングされた非晶質シリコン層160をパターニングして、ゲート電極125と対向するゲート絶縁膜140の上部に半導体層150及び抵抗接触層160を形成する。
次に、図7a〜図7bに示したように、モリブデン、モリブデン合金又はクロムなどからなる下部膜701、及び下部膜701より低い比抵抗を有するアルミニウム又はアルミニウム合金などからなる上部膜702を順に積層し、マスクを用いた写真エッチング工程で上部膜702及び下部膜701を共にパターニングして、ゲート線121と交差するデータ線171、データ線171に連結されてゲート電極123の上部まで伸びているソース電極173、データ線171が一端に連結されているデータパッド179、ソース電極173と分離されており、ゲート電極123を中心にソース電極173と対向するドレーン電極175、及び維持蓄電器用導電体パターン177を含むデータ配線と、データ短絡線178及び抵抗段差用連結線174を含む第2静電気保護用配線とをテーパ構造に形成する。
次に、データ配線171、173、175、177、179で覆われないドーピングされた非晶質シリコン層パターン160をエッチングして、ゲート電極123を中心に両側に分離させる一方で、両側のドーピングされた非晶質シリコン層163、165の間の半導体層パターン150を露出させる。次に、露出された半導体層150の表面を安定化させるために酸素プラズマを実施するのが好ましい。
次に、図8a〜図8cに示したように、窒化ケイ素を積層したり、平坦化特性が優れており、感光性を有する有機物質を基板110の上部にコーティングしたり、PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)方法で、a−Si:C:O膜又はa−Si:O:F膜などの低誘電率CVD膜を蒸着して保護膜180を形成する。次に、マスクを用いた写真エッチング工程でゲート絶縁膜140と共にパターニングして、ゲートパッド125、ドレーン電極175、データパッド179、及び維持蓄電器用導電体パターン177を露出する接触孔182、185、189、187と、第1及び第2静電気保護用配線の抵抗段差用連結線174、124を露出する接触孔184、186とを一つ以上形成する。次に、アルミニウムエッチング液を用いたアルミニウム全面エッチング工程で、接触孔182、185、189、187、174、124を介して露出された上部膜202、702を除去する。このように接触部で接触孔182、185、189、187を介して露出されたゲートパッド125、ドレーン電極175、データパッド179、及び維持蓄電器用導電体パターン177の上部膜202、702を除去する際に、抵抗段差用連結線174、124を露出する接触孔184、186を介して露出された上部膜202、702を除去することにより、追加工程なしで抵抗段差用連結線174、124に線抵抗が異なる二つの部分を形成することができる。
次に、図2〜図4に示したように、透明導電物質を蒸着してマスクを用いた写真エッチング工程でパターニングし、接触孔187、185を介してドレーン電極175及び維持蓄電器用導電体パターン177の下部膜701に連結される画素電極190と、接触孔182、189を介してゲートパッド125及びデータパッド179の下部膜201、701に各々連結される補助ゲートパッド92及び補助データパッド97とを各々形成する。また、接触孔184、186を介して露出された抵抗段差用連結線174、124の下部膜201、701に連結される抵抗段差用導電膜94、96を形成する。
以後の製造工程で、第1及び第2静電気保護用配線124、128、174、178は、ゲート配線及びデータ配線の断線及び短絡又は画素の結合を検査する際に電気的信号を印加するための配線として用いられる。また、以後の製造工程中に発生する静電気で画面表示部の薄膜トランジスタが損傷するのを防止するための静電気保護素子としても用いられ、放電時に第1及び第2静電気保護用配線124、128、174、178のうちの上部膜202、702が除去された部分で断線が発生することがある。ここで、薄膜トランジスタアレイ基板とこれに対向する対向基板とを結合して液晶表示装置を完成した後には、ゲート配線及びデータ配線から第1及び第2静電気保護用配線124、128、174、178を電気的に分離する。
前記では、半導体層及びデータ配線を互いに異なるマスクを用いた写真エッチング工程で形成する製造方法に本発明の実施例を適用して説明したが、本発明の実施例は、製造費用を最小化するために、半導体層及びデータ配線を一つの感光膜パターンを用いた写真エッチング工程で形成する液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法にも同一に適用することができる。これについて、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図9〜図12を参考にして、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アレイ基板の単位画素の構造について詳細に説明する。
図9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アレイ基板の配置図であり、図10〜図12は、各々図9に示した薄膜トランジスタアレイ基板をX−X’線、XI−XI’線及びXII−XII’線に沿って切断して示した断面図である。
まず、絶縁基板110の上に、第1実施例と同一に、下部膜201及び下部膜より低い比抵抗を有する上部膜202を含み、ゲート線121、ゲートパッド125、及びゲート電極123を含むゲート配線と、ゲート短絡線128及び抵抗段差用連結線124を含む第1静電気保護用配線とがテーパ構造に形成されている。そして、基板110の上部には、ゲート線121と平行であり、上板の共通電極に入力される共通電極電圧などの電圧が外部から印加される維持電極線131、及び維持電極線131に連結されている維持電極133を含む維持配線が形成されている。維持電極133は、後述する画素電極190に連結された維持蓄電器用導電体パターン177と重なって画素の電荷保存能力を向上させる維持蓄電器をなすが、後述する画素電極190とゲート線121とが重なって発生する保持容量が十分である場合には形成しないこともある。この時、ゲート配線121、123、125、維持配線131、133、及び第1静電気保護用配線124、128は、30〜70゜程度の傾斜角を有するテーパ構造を有する。
ゲート配線121、125、123、第1静電気保護用配線124、128、及び維持配線131、133の上には窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜140が形成されて、ゲート配線121、125、123、第1静電気保護用配線124、128、及び維持配線131、133を覆っている。
ゲート絶縁膜140の上には多結晶シリコン又は非晶質シリコンなどからなる半導体パターン152、157が形成されている。半導体パターン152、157の上には、リン(P)などのn型又はp型不純物で高濃度にドーピングされている非晶質シリコンなどからなる抵抗性接触層(ohmic contact layer)パターン又は中間層パターン163、165、167が形成されている。
抵抗性接触層パターン163、165、167の上には、第1実施例と同一に、下部膜701及び下部膜701より低い比抵抗を有する上部膜702を含むデータ配線と、第2静電気保護用配線とがテーパ構造に形成されている。データ配線は、縦方向に形成されているデータ線171;データ線171の一端に連結されて外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド179;及びデータ線171の分枝である薄膜トランジスタのソース電極173からなるデータ線部;データ線部171、179、173と分離されており、ゲート電極123又は薄膜トランジスタのチャンネル部(C)に対してソース電極173の反対側に位置する薄膜トランジスタのドレーン電極175;維持電極133の上に位置している維持蓄電器用導電体パターン177;を含む。維持配線131、133を形成しない場合には、維持蓄電器用導電体パターン177もまた形成しない。ここでは、維持蓄電器用導電体パターン177がドレーン電極175に連結されているが、そうでないこともある。第2静電気保護用配線は、抵抗段差部(G)に形成されており、データ線111の対向側でデータパッド179に連結されている抵抗段差用連結線174;及び複数のデータ線171を抵抗段差用連結線178により共通して連結するデータ短絡線178;を含む。この時、データ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178は、30〜80゜程度の傾斜角を有するテーパ構造を有し、接触層パターン163、165、167はその下部の半導体パターン152、157と同様である。
接触層パターン163、165、167は、その下部の半導体パターン152、157とその上部のデータ配線171、173、175、177、179との接触抵抗を低くする役割を果たし、データ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178と完全に同一な形態を有する。つまり、データ線部中間層パターン163は、データ線部171、179、173と同一であり、ドレーン電極用中間層パターン163は、ドレーン電極173と同一であり、維持蓄電器用中間層パターン167は、維持蓄電器用導電体パターン177と同一である。
一方、半導体パターン152、157は、薄膜トランジスタのチャンネル部(C)を除けば、データ配線171、173、175、177、179、第2静電気保護用配線174、178、及び抵抗性接触層パターン163、165、167と同一な模様をしている。具体的には、維持蓄電器用半導体パターン157、維持蓄電器用導電体パターン177、及び維持蓄電器用接触層パターン167は同一な模様であるが、薄膜トランジスタ用半導体パターン152は、データ配線及び接触層パターンの他の部分と多少異なる。つまり、薄膜トランジスタのチャンネル部(C)で、データ線部171、179、173、特にソース電極173とドレーン電極175とが分離されており、データ線部中間層163とドレーン電極用接触層パターン165とも分離されているが、薄膜トランジスタ用半導体パターン152は、ここで切れずに連結されて、薄膜トランジスタのチャンネルを生成する。
データ配線171、173、175、177、179及びデータ配線で覆われない半導体層152の上部には、窒化ケイ素又は酸化ケイ素からなる絶縁膜、低い誘電率を有する有機物質からなる有機絶縁膜又は低誘電率CVD膜を含む保護膜180が形成されている。
保護膜180は、データパッド179及び維持蓄電器用導電体パターン177を露出する接触孔189、187;ゲート絶縁膜140と共にゲートパッド125を露出する接触孔182;第1及び第2静電気保護用配線124、128、174、178の抵抗段差用連結線124、174を露出する接触孔184、186;を有している。第1実施例と同一に、接触孔184、186、187、189では、上部膜202、702が除去されて下部膜201、701が露出されている。
保護膜180の上には、薄膜トランジスタから画像信号を受けて上板の電極と共に電場を生成する画素電極190が形成されている。画素電極190は、IZO又はITOなどの透明な導電物質からなっており、接触孔187を介してドレーン電極175に連結されている維持蓄電器用導電体パターン177に物理的・電気的に連結されて画像信号の伝達を受ける。画素電極190はまた、隣接するゲート線121及びデータ線171と重なって開口率を高めているが、重ならないこともある。画素電極190は、接触孔187を介して維持蓄電器用導電体パターン177にも連結されて、導電体パターン177に画像信号を伝達する。一方、ゲートパッド125及びデータパッド179の上には、接触孔182、189を介して各々これらに連結される補助ゲートパッド92及び補助データパッド97が形成されている。これらは、ゲートパッド125、データパッド179と外部回路装置との接着性を補完してゲートパッド125、データパッド179を保護する役割を果たすが、必須なものではなく、これらを形成するか否かは選択的である。また、保護膜180の上には、接触孔184、186を介して抵抗段差用連結線124、174に接する抵抗段差用導電膜94、96が形成されている。
以下、図9〜図12の構造を有する液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を製造する方法について、図9〜図12及び図13a〜図19dを参照して詳細に説明する。
まず、図13a〜13dに示したように、第1実施例と同一に、下部膜701及び下部膜701より低い比抵抗を有する上部膜702を順に積層する。マスクを用いた写真エッチング工程でパターニングして、ゲート線121、ゲートパッド125、及びゲート電極123を含むゲート配線と、維持電極線131及び維持電極133を含む維持配線と、ゲート短絡線128及び抵抗段差用連結線124を含む第1静電気保護用配線と、をテーパ構造に形成する。
次に、図14a〜14cに示したように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜140、ドーピングされない非晶質シリコンの半導体層150、ドーピングされた非晶質シリコンの中間層160を、化学気相蒸着法を用い、各々1,500Å〜5,000Å、500Å〜2,000Å、300Å〜600Åの厚さに連続蒸着する。次に、第1実施例と同一に、下部膜701及び下部膜701より低い比抵抗を有する上部膜702を含む導電体層170を、スパッタリングなどの方法で、1,500Å〜3,000Åの厚さに蒸着する。その後、その上に感光膜210を1μm〜2μmの厚さに塗布する。
その後、マスクを通して感光膜210に光を照射した後で現像して、図15b〜15dに示したように感光膜パターン212、214を形成する。この時、感光膜パターン212、214の中で、薄膜トランジスタのチャンネル部(C)、つまりソース電極173とドレーン電極175との間に位置した第1部分214は、配線部(A)、つまりデータ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178が形成される部分に位置した第2部分212より厚さが薄くなるようにし、その他の部分(B)の感光膜は全て除去する。チャンネル部(C)に残っている感光膜214の厚さとデータ配線部(A)に残っている感光膜212の厚さとの比は、後述するエッチング工程での工程条件に応じて異なるようにするが、第1部分214の厚さを第2部分212の厚さの1/2以下とするのが好ましく、例えば4,000Å以下であるのが好ましい。
このように、位置によって感光膜の厚さを異にする方法にはいろいろなものがあり得るが、A領域の光透過量を調節するためには、主にスリット(slit)や格子形態のパターンを形成したり半透明膜を用いる。
この時、スリットの間に位置したパターンの線幅やパターンの間の間隔、つまりスリットの幅は、露光時に用いる露光器の分解能より小さいのが好ましい。半透明膜を用いる場合には、マスクを製作する時に透過率を調節するために異なる透過率を有する薄膜を用いたり厚さが異なる薄膜を用いることができる。
このようなマスクを通して感光膜に光を照射すると、光に直接露出される部分では高分子が完全に分解され、スリットパターンや半透明膜が形成されている部分では光の照射量が少ないために高分子は完全には分解されず、遮光膜で覆われない部分では高分子がほとんど分解されない。次に感光膜を現像すると、高分子の分子が分解されていない部分だけが残り、光が少なく照射された中央部分では、光に全く照射されていない部分より薄い厚さの感光膜が残る。この時、露光時間を長くすると全ての分子が分解されてしまうので、注意しなければならない。
このような薄い厚さの感光膜214は、リフローが可能な物質からなる感光膜を用いて、光が完全に透過できる部分と完全に透過できない部分とに分けられた通常のマスクで露光した後で、現像してリフローさせ、感光膜が残留しない部分に感光膜の一部が流れるようにすることによって形成することもできる。
次に、感光膜パターン214及びその下部の膜、つまり導電体層170、中間層160、及び半導体層150に対するエッチングを行う。この時、配線部(A)にはデータ配線、第2静電気保護用配線、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り、その他の部分(B)では前記の3個層170、160、150が全て除去されてゲート絶縁膜140が露出されなければならない。
まず、図16a〜16cに示したように、その他の部分(B)の露出されている導電体層170を除去してその下部の中間層160を露出させる。この過程では乾式エッチング又は湿式エッチング方法を全て用いることができ、この時、導電体層170はエッチングされて、感光膜パターン212、214はほとんどエッチングされない条件下で行うのが好ましい。しかし、乾式エッチングの場合は、導電体層170だけがエッチングされて、感光膜パターン212、214はエッチングされない条件を探すのは難しいので、感光膜パターン212、214も共にエッチングされる条件下で行うことができる。この場合には、湿式エッチングの場合より第1部分214の厚さを厚くして、この過程で第1部分214が除去されて下部の導電体層170が露出されないようにする。
このようにすれば図16a〜図16cに示したように、チャンネル部(C)及びデータ配線部(A)の導電体層176と維持蓄電器用導電体パターン177とだけが残り、その他の部分(B)の導電体層170は全て除去されて、その下部の中間層160が露出される。この時に残った導電体パターン176、177は、ソース及びドレーン電極173、175が分離されずに連結されている点を除けば、データ配線171、177、173、175、179及び第2静電気保護用配線174、178の形態と同一である。また、乾式エッチングを用いた場合には、感光膜パターン212、214もある程度の厚さにエッチングされる。
次に、図17a〜17cに示したように、その他の部分(B)の露出された中間層160及びその下部の半導体層150を、感光膜の第1部分214と共に乾式エッチング方法で同時に除去する。この時のエッチングは、感光膜パターン212、214、中間層160、及び半導体層150(半導体層及び中間層はエッチング選択性がほとんどない)が同時にエッチングされ、ゲート絶縁膜140はエッチングされない条件下で行うべきである。とりわけ、感光膜パターン212、214及び半導体層150に対するエッチング比がほとんど同一な条件でエッチングするのが好ましい。例えば、SFとHClの混合気体や、SFとOの混合気体を用いれば、ほとんど同一な厚さに二つの膜をエッチングすることができる。感光膜パターン212、214及び半導体層150に対するエッチング比が同一である場合、第1部分214の厚さは、半導体層150と中間層160との厚さの和と同一であるか、又はそれより小さくなければならない。
このようにすれば、図17a〜17cに示したように、チャンネル部(C)の第1部分214が除去されてソース/ドレーン用導電体パターン176が露出され、その他の部分(B)の中間層160及び半導体層150が除去されて、その下部のゲート絶縁膜140が露出される。一方、データ配線部(A)の第2部分212もまたエッチングされるので、厚さが薄くなる。また、この段階で半導体パターン152、157が完成される。図面符号168及び167は、各々ソース/ドレーン用導電体パターン176の下部の中間層パターン及び維持蓄電器用導電体パターン177の下部の中間層パターンを指す。
次に、アッシング(ashing)によって、チャンネル部(C)のソース/ドレーン用導電体パターン178の表面に残っている感光膜クズを除去する。
次に、図18a〜18bに示したように、チャンネル部(C)のソース/ドレーン用導電体パターン176及びその下部のソース/ドレーン用中間層パターン168を、エッチングして除去する。この時、エッチングは、ソース/ドレーン用導電体パターン176及び中間層パターン168の全てに対して乾式エッチングだけで行うことができる。あるいは、ソース/ドレーン用導電体パターン176に対しては湿式エッチングで行い、中間層パターン168に対しては乾式エッチングで行うこともできる。前者の場合、ソース/ドレーン用導電体パターン176及び中間層パターン168のエッチング選択比が大きい条件下でエッチングを行うのが好ましいが、これは、エッチング選択比が大きくない場合にはエッチング終点を探すのが難しく、チャンネル部(C)に残る半導体パターン152の厚さを調節するのが容易でないためである。中間層パターン168及び半導体パターン152をエッチングする時に用いるエッチング気体の例としては、前記で言及したCFとHClとの混合気体やCF4とO2との混合気体があり、CF4とO2との混合気体を用いれば均一な厚さに半導体パターン152を残すことができる。この時、図18bに示したように、半導体パターン152の一部が除去されて厚さが薄くなることがあり、感光膜パターンの第2部分212もある程度の厚さにエッチングされる。エッチングは、ゲート絶縁膜140がエッチングされない条件下で行うべきである。第2部分212がエッチングされて、その下部のデータ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178が露出されないように、感光膜パターンが厚いのが好ましい。
このようにすれば、ソース電極173とドレーン電極175とが分離されてデータ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178とその下部の接触層パターン163、165、167とが完成される。
最後に、配線部(A)に残っている感光膜第2部分212を除去する。しかし、第2部分212の除去は、チャンネル部(C)ソース/ドレーン用導電体パターン176を除去した後、その下の中間層パターン168を除去する前に行ってもよい。
前述したように、湿式エッチングと乾式エッチングとを交互に行うか、乾式エッチングだけを用いることができる。後者の場合には、一種類のエッチングだけを用いるので工程が比較的簡便であるが、適当なエッチング条件を探すのが難しい。反面、前者の場合には、エッチング条件を探すのは比較的易しいが、工程が後者に比べて複雑になる。
このようにして、データ配線171、173、175、177、179及び第2静電気保護用配線174、178を形成した後、図19a〜19dに示したように、第1実施例と同一な絶縁物質を積層して保護膜180を形成し、マスクを用いて保護膜180をゲート絶縁膜140と共にエッチングし、ゲートパッド125、データパッド179及び維持蓄電器用導電体パターン177を各々露出する接触孔182、189、187、及び少なくとも一つ以上の抵抗段差用連結線124、174を露出する接触孔184、186を形成する。次に、アルミニウムエッチング液を用いたアルミニウム全面エッチング工程により、接触孔184、186、187、189を介して露出されたアルミニウム又はアルミニウム合金の上部膜202、702を除去する。
次に、図9〜図12に示したように、500Å〜1,000Åの厚さにIZO又はITOを蒸着し、マスクを用いてエッチングして、ドレーン電極175及び維持蓄電器用導電体パターン177に連結された画素電極190、ゲートパッド125に連結された補助ゲートパッド92、及びデータパッド179に連結された補助データパッド97を形成し、接触孔184、186を介して抵抗段差用連結線124、174の下部膜201、701接する抵抗段差用導電膜94、96を形成する。
このような本発明の第2実施例では、第1実施例による効果だけでなく、データ配線171、173、175、177、179、その下部の接触層パターン163、165、167、及び半導体パターン152、157を一つのマスクを用いて形成して、この過程でソース電極173とドレーン電極175とを分離するので、製造工程を単純化することができる。
以上で、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者のいろいろな変形及び改良形態もまた本発明の権利範囲に属する。
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アレイ基板の構造を概略的に示した配置図である。 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アレイ基板の構造を具体的に示した配置図である。 図2のIII−III’線による断面図である。 図2のIV−IV’線による断面図である。 本発明の実施例によって液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図5aのVb−Vb’線による断面図である。 図5aのVc−Vc’線による断面図である。 本発明の実施例によって液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図6aのVIb−VIb’線による断面図であって、図5bの次の段階を示した図面である。 図6aのVIc−VIc’線による断面図であって、図5cの次の段階を示した図面である。 本発明の実施例によって液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図7aのVIIb−VIIb’線による断面図であって、図6bの次の段階を示した図面である。 図7aのVIIc−VIIc’線による断面図であって、図6cの次の段階を示した図面である。 本発明の実施例によって液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図8aのVIIIb−VIIIb’線による断面図であって、図7bの次の段階を示した図面である。 図8aのVIIIc−VIIIc’線による断面図であって、図7cの次の段階を示した図面である。 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アレイ基板の配置図である。 図9に示した薄膜トランジスタアレイ基板を、X−X’線に沿って切断して示した断面図である。 図9に示した薄膜トランジスタアレイ基板を、XI−XI’線に沿って切断して示した断面図である。 図9に示した薄膜トランジスタアレイ基板を、XII−XII’線に沿って切断して示した断面図である。 本発明の第2実施例によって薄膜トランジスタアレイ基板を製造する最初の段階での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図13aのXIIIb−XIIIb’線による断面図である。 図13aのXIIIc−XIIIc’線による断面図である。 図13aのXIIId−XIIId’線による断面図である。 図13aのXIIIb−XIIIb’線による断面図であって、図13bの次の段階を示した図面である。 図13aのXIIIc−XIIIc’線による断面図であって、図13cの次の段階を示した図面である。 図13aのXIIId−XIIId’線による断面図であって、図13dの次の段階を示した図面である。 図14a、図14b及び図14cの次の段階での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図15aのXVb−XVb’線による断面図である。 図15aのXVc−XVc’線による断面図である。 図15aのXVd−XVd’線による断面図である。 図15aのXVb−XVb’線による断面図であって、図15bの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図15aのXVc−XVc’線による断面図であって、図15cの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図15aのXVd−XVd’線による断面図であって、図15dの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 各々図15aのXVb−XVb’線による断面図であって、図15bの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 各々図15aのXVc−XVc’線による断面図であって、図15cの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図15aのXVd−XVd’線による断面図であって、図15dの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 各々図15aのXVb−XVb’線による断面図であって、図15bの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図15aのXVc−XVc’線による断面図であって、図15cの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図15aのXVd−XVd’線による断面図であって、図15dの次の段階を工程順序にしたがって示した図面である。 図18a及び図18bの次の段階での薄膜トランジスタアレイ基板の配置図である。 図19aのXIXb−XIXb’線による断面図である。 図19aのXIXc−XIXc’線による断面図である。 図19aのXIXd−XIXd’線による断面図である。
符号の説明
92 補助ゲートパッド
94、96、124、174 抵抗段差用連結線
97 補助データパッド
100 薄膜トランジスタアレイ基板
110 絶縁基板
121 ゲート線
123 ゲート電極
125 ゲートパッド
128 ゲート短絡線
131 維持電極線
133 維持電極
140 ゲート絶縁膜
150 半導体層
152 半導体パターン
160 非晶質シリコン層
168 中間層パターン
170 導電体層
171 データ線
173 ソース電極
175 ドレーン電極
177 維持蓄電器用導電体パターン
178 データ短絡線
179 データパッド
180 保護膜
182、184、185、186、187、189 接触孔
190 画素電極
200 ゲート配線
201、701 下部膜
202、702 上部膜
212、214 感光膜
700 データ配線

Claims (13)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板の上に形成されている、ゲート線及び前記ゲート線に連結されているゲート電極を含むゲート配線、前記ゲート線と連結される第1抵抗段差用連結線及びゲート短絡線を含む第1静電気保護用配線と、
    前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜の上部に形成されている半導体層と、
    前記半導体層の上部に形成されている、前記ゲート線と交差するデータ線、前記データ線に連結されるソース電極を含むデータ配線、ドレーン電極、前記データ線と連結される第2抵抗段差用連結線及びデータ短絡線を含む第2静電気保護用配線と、
    前記ドレーン電極に連結されている画素電極とを含み、
    前記第1及び第2抵抗段差用連結線の上部膜の一部が除去されている
    薄膜トランジスタアレイ基板。
  2. 前記第1及び第2抵抗段差用連結線は、下部膜及び前記下部膜より低い比抵抗を有する上部膜を含む、請求項1に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  3. 前記データ配線と前記画素電極との間に形成されている保護膜をさらに含む、請求項2に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  4. 前記保護膜は、前記第1及び第2抵抗段差用連結線の一部を露出する第1及び第2接触孔を有し、前記第1及び第2接触口を介して露出された前記上部膜の一部が除去されている、請求項3に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  5. 前記ゲート配線は、前記ゲート線の一端に連結されているゲートパッドを含み、前記データ配線は、前記データ線の一端に連結されているデータパッドを含み、
    前記保護膜は、前記ゲートパッド及び前記データパッドを露出する第及び第接触孔を有し、
    前記画素電極と同一層に形成されており、前記第及び第接触孔を介して前記ゲートパッド及び前記データパッドに連結されている補助ゲートパッド及び補助データパッドをさらに含む、請求項4に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  6. 前記画素電極と同一層に形成されており、前記第1及び第2接触孔を介して前記下部膜に接している第1及び第2抵抗段差用導電膜をさらに含む、請求項4に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  7. 前記半導体層と前記データ配線との間に形成されており、高濃度不純物がドーピングされている抵抗性接触層をさらに含む、請求項1に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  8. 前記ソース電極と前記ドレーン電極との間のチャンネル部を除いた前記半導体層は、前記データ配線と同一なパターンを有する、請求項1に記載の薄膜トランジスタアレイ基板。
  9. 基板の上に第1下部膜及び前記第1下部膜より低い比抵抗を有する第1上部膜を積層してパターニングし、ゲート線及び前記ゲート線に連結されているゲート電極を含むゲート配線、前記ゲート配線に連結されている第1抵抗段差用連結線及びゲート短絡線を含む第1静電気保護用配線とを形成する段階と、
    前記ゲート配線の上にゲート絶縁膜を積層する段階と、
    前記ゲート絶縁膜の上部に半導体層を形成する段階と、
    第2下部膜及び前記第2下部膜より低い比抵抗を有する第2上部膜を積層してパターニングし、データ線及び前記データ線に連結するソース電極を含むデータ配線、前記ドレーン電極、前記データ線に連結する第2抵抗段差用連結線及びデータ短絡線を含む第2静電気保護用配線とを形成する段階と、
    前記第1及び第2抵抗段差用連結線の上部膜の一部を除去する段階と、
    前記ドレーン電極に連結される画素電極を形成する段階と、
    を含む薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
  10. 前記下部膜はクロム、モリブデン又はモリブデン合金で形成し、前記上部膜はアルミニウム又はアルミニウム合金で形成する、請求項9に記載の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
  11. 前記データ配線と前記画素電極との間に保護膜を形成する段階をさらに含む、請求項10に記載の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
  12. 前記上部膜の一部を除去する段階は、
    前記保護膜をパターニングして前記第1及び第2抵抗段差用連結線を露出する第1及び第2接触孔を形成する段階と、
    前記第1及び第2接触孔を介して露出された前記上部膜をエッチングする段階と、
    を含む、請求項11に記載の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
  13. 前記上部膜をエッチングする段階は、アルミニウムエッチング液を用いたアルミニウム全面エッチング工程で実施する、請求項12に記載の薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法。
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