JP4680878B2 - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置及びその製造方法に関し、より詳細には、マスク数を減少させて製造工程を単純化して収率を向上させると共に、マスク工程を追加することなくストレージキャパシタの容量を増加させた液晶表示装置及びその製造方法に関する。
最近の情報化社会において、ディスプレイは視覚情報伝達媒体としてその重要性が一層強調されており、今後主要な位置を占めるためには、省エネルギー化、薄型化、軽量化、及び高画質化などの要件を満たさなければならない。現在、フラットパネルディスプレイ(FPD)の主力製品である液晶表示装置(LCD)は、このようなディスプレイの条件を満たす性能だけでなく量産性まで備えているため、これを利用した各種新製品の創出が急速になされており、既存のブラウン管(CRT)を代替できる核心部品産業として定着した。
一般に、液晶表示装置は、マトリクス状に配列された液晶セルに画像情報によるデータ信号を個別に供給して、各液晶セルの光透過率を調節することにより、所望の画像を表示できるようにした表示装置である。
液晶表示装置に主に用いられる駆動方式であるアクティブマトリクス(AM)方式は、スイッチング素子として非晶質シリコン薄膜トランジスタ(a−Si TFT)を使用して画素部の液晶を駆動する方式である。
非晶質シリコン薄膜トランジスタ技術は、1979年に英国のLeComberらによりその概念が確立され、1986年に3液晶の携帯用テレビとして実用化され、最近、50以上の大面積の薄膜トランジスタ液晶表示装置が開発された。特に、非晶質シリコン薄膜トランジスタは、低温工程が可能で安価な絶縁基板を使用できるため活発に利用されている。
しかし、非晶質シリコン薄膜トランジスタの電気的移動度(〜1cm/Vsec)では、1MHz以上の高速動作を要求する周辺回路への利用に限界がある。これにより、非晶質シリコン薄膜トランジスタに比べて電界効果移動度の高い多結晶シリコン薄膜トランジスタ(poly−Si TFT)を利用して、ガラス基板上に画素部と駆動回路部を同時に集積する研究が活発に行われている。
多結晶シリコン薄膜トランジスタ技術は、1982年に液晶カラーテレビが開発されて以来、カムコーダなどの小型モジュールに使用されており、低い感光度と高い電界効果移動度を有して駆動回路を基板に直接製造できるという利点がある。
移動度の増加は駆動画素数を決定する駆動回路部の動作周波数を向上させることができ、これにより、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みが減少して画質の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は、10V未満で駆動が可能であるため、駆動電圧(〜25V)の高い非晶質シリコン薄膜トランジスタに比べて電力消費が少ないという利点がある。
以下、一般的な液晶表示装置の構造について図11を参照して説明する。
図11は一般的な液晶表示装置の構造を概略的に示す平面図であり、アレイ基板に駆動回路部を集積した駆動回路一体型液晶表示装置を示す。
図11に示すように、一般的な液晶表示装置は、カラーフィルタ基板5と、アレイ基板10と、カラーフィルタ基板5とアレイ基板10との間に形成された液晶層(図示せず)とを含む。
アレイ基板10は、単位画素がマトリクス状に配列された画像表示領域である画素部35と、画素部35の外郭に位置するデータ駆動回路部31及びゲート駆動回路部32で構成された駆動回路部30とからなる。
図示していないが、アレイ基板10の画素部35は、アレイ基板10上に縦横に配列されて複数の画素領域を定義する複数のゲートライン及びデータラインと、これらゲートラインとデータラインとの交差領域に形成されたスイッチング素子である薄膜トランジスタと、各画素領域に形成された画素電極とから構成される。
薄膜トランジスタは、画素電極に信号電圧を印加及び遮断するスイッチング素子であって、電界によって電流の流れを調節する一種の電界効果トランジスタ(FET)である。
アレイ基板10の駆動回路部30は、カラーフィルタ基板5より突出したアレイ基板10の画素部35の外郭に位置するが、突出したアレイ基板10の一側長辺にデータ駆動回路部31が位置し、突出したアレイ基板10の一側短辺にゲート駆動回路部32が位置する。
ここで、データ駆動回路部31とゲート駆動回路部32は、入力された信号を適切に出力するために、インバータであるCMOS構造の薄膜トランジスタを使用する。
なお、CMOSは、高速信号処理が要求される駆動回路部薄膜トランジスタに使用されるMOS構造の集積回路の一種であり、nチャネル薄膜トランジスタとpチャネル薄膜トランジスタを必要とし、速度と密度の特性はNMOSとPMOSの中間形態を示す。
ゲート駆動回路部32とデータ駆動回路部31は、それぞれゲートラインとデータラインを介して画素電極に走査信号とデータ信号を供給するための装置であって、外部信号入力端(図示せず)に接続されており、外部信号入力端を介して入ってきた外部信号を調節して画素電極に出力する役割を果たす。
また、カラーフィルタ基板5の画素部35には、カラーを実現するカラーフィルタ(図示せず)、及びアレイ基板10に形成された画素電極の対向電極である共通電極(図示せず)が形成されている。
このように構成されたカラーフィルタ基板5とアレイ基板10とは、スペーサ(図示せず)により形成されたセルギャップにより所定間隔離隔し、画素部35の外郭に形成されたシールパターン(図示せず)によって貼り合わせられて単位液晶表示パネルを構成する。このようなカラーフィルタ基板5とアレイ基板10との貼り合わせは、カラーフィルタ基板5又はアレイ基板10に形成された貼り合わせキー(図示せず)を用いて行う。
このように構成された一般的な駆動回路一体型液晶表示装置は、多結晶シリコン薄膜トランジスタを利用するため、素子特性が卓越して画像品質に優れ、高精細化が可能で電力消費が少ないという利点がある。
[先行技術文献]
[特許文献1]特開2005−215278号公報
しかし、このような一般的な駆動回路一体型液晶表示装置は、同一基板上に画素部薄膜トランジスタと回路部薄膜トランジスタを共に形成しなければならず、従来の回路部にはnチャネル薄膜トランジスタとpチャネル薄膜トランジスタを共に形成しなければならないため、単一タイプのチャネルのみを形成する非晶質シリコン薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置に比べて製造工程が複雑であるという欠点がある。
多結晶シリコン薄膜トランジスタを含むアレイ基板の製造においては、複数回のフォトリソグラフィ工程を必要とする。
フォトリソグラフィ工程は、マスクに描かれたパターンを薄膜が蒸着された基板上に転写して所望の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、及び現像工程など複数の工程からなる。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に欠陥が発生する確率を上げるなど多くの問題があった。
特に、パターンを形成するためのマスクが非常に高価であり、工程に適用されるマスク数が増加すると液晶表示装置の製造コストがこれに比例して上昇するという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、駆動回路一体型液晶表示装置において、画素部と回路部に同じタイプの薄膜トランジスタを形成することにより、薄膜トランジスタの製造に使用されるマスク数を減少させた液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、ソース/ドレイン電極と画素電極を1回のマスク工程で形成し、画素電極のためのコンタクトホールのマスク工程を除去することにより、マスク数をさらに減少させた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明のもう一つの他の目的は、回折露光を利用してアクティブパターンとストレージ電極を形成することにより、マスク工程を追加することなくストレージキャパシタの容量を増加させた液晶表示装置及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明による液晶表示装置の製造方法は、画素部と回路部とに区分される第1基板を提供する段階と、前記画素部及び前記回路部にアクティブパターンを形成し、前記画素部のアクティブパターンの上部に導電物質からなるストレージ電極を形成する段階であって、前記アクティブパターン及び前記ストレージ電極は、回折露光を利用することにより1回のマスク工程により形成される、段階と、前記第1基板上に第1絶縁膜を形成する段階と、前記画素部及び前記回路部の前記アクティブパターンと重畳するようにゲート電極を形成し、前記画素部の前記ストレージ電極と重畳するように共通ラインを形成する段階と、前記画素部及び前記回路部のアクティブパターンの所定領域にp+ソース/ドレイン領域を形成する段階と、前記第1基板上に第1層間絶縁膜及び第2層間絶縁膜を形成する段階と、前記第1絶縁膜、前記第1層間絶縁膜、及び前記第2層間絶縁の一部領域を除去して、前記アクティブパターンのソース領域及びドレイン領域を露出させる第1コンタクトホール及び第2コンタクトホールを形成する段階と、前記第1コンタクトホール及び前記第2コンタクトホールを介してそれぞれ前記アクティブパターンのソース領域及びドレイン領域と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ドレイン電極に接続する画素電極を形成する段階と、第2基板を提供する段階と、前記第1基板又は前記第2基板のいずれか一方の基板上に液晶層を形成する段階と、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる段階とを含む。
本発明による液晶表示装置及びその製造方法は、ソース/ドレイン電極と画素電極を1回のマスク工程で形成し、画素電極のためのコンタクトホールのマスク工程を除去することにより、2回のマスク工程を減らし、その結果、薄膜トランジスタの製造に使用されるマスク数を減少させて製造工程及びコストを低減できるという効果がある。
また、本発明による液晶表示装置及びその製造方法は、マスク工程を追加することなくストレージキャパシタの容量を増加させることができ、画素内のストレージキャパシタの面積減少による開口率向上の効果がある。
以下、添付図面を参照して本発明による液晶表示装置及びその製造方法の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図であり、特に、画素部の薄膜トランジスタを含む1つの画素を示す。
実際の液晶表示装置には、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N×M個の画素が存在するが、説明を簡単にするために図には1つの画素を示す。
図1に示すように、参考発明による液晶表示装置のアレイ基板110上には、縦横に配列されて画素領域を定義するゲートライン116及びデータライン117が形成されている。また、ゲートライン116とデータライン117との交差領域には、スイッチング素子である薄膜トランジスタが形成され、画素領域内には、薄膜トランジスタに接続されてカラーフィルタ基板(図示せず)の共通電極と共に液晶(図示せず)を駆動させる画素電極118が形成されている。
薄膜トランジスタは、ゲートライン116に接続されたゲート電極121と、データライン117に接続されたソース電極122と、画素電極118に接続されたドレイン電極123とを含む。また、薄膜トランジスタは、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との間に伝導チャネルを形成するアクティブパターン124′をさらに含む。
ここで、画素領域内には、ゲートライン116と実質的に同一の方向に共通ライン108が形成されている。
ソース電極122及びドレイン電極123は、それぞれ第1絶縁膜(図示せず)及び第2絶縁膜(図示せず)に形成された第1コンタクトホール140a及び第2コンタクトホール140bを介して、アクティブパターン124′のソース領域及びドレイン領域と電気的に接続される。また、ソース電極122の一部は一方側に延びてデータライン117の一部を構成し、ドレイン電極123の一部は画素領域側に延びて、第3絶縁膜(図示せず)に形成された第3コンタクトホール140cを介して画素電極118と電気的に接続される。
ここで、画素領域側に延びたドレイン電極123の一部は、第2絶縁膜を介してその下部の共通ライン108と重なってストレージキャパシタを構成する。
以下、このように構成された参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の製造工程について図2A〜図2Fを参照して説明する。
図2A〜図2Fは、図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′線断面図であり、画素部にpチャネル薄膜トランジスタが形成されるアレイ基板を製造する過程を示す。ここで、アレイ基板は、回路部にもpチャネル薄膜トランジスタが形成される。
図2Aに示すように、ガラスなどの透明な絶縁物質からなるアレイ基板110上に、バッファ層111とシリコン薄膜を形成した後、シリコン薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜を形成する。その後、多結晶シリコン薄膜をフォトリソグラフィ工程(第1マスク工程)でパターニングすることにより、アクティブパターン124′を形成する。
次に、図2Bに示すように、アレイ基板110の全面に第1絶縁膜115aと第1導電膜を順次形成した後、フォトリソグラフィ工程(第2マスク工程)で第1導電膜を選択的にパターニングすることにより、アクティブパターン124′上に第1導電膜からなるゲート電極121を形成すると共に、画素領域に第1導電膜からなる共通ライン108を形成する。
第1導電膜としては、ゲート電極121と共通ライン108を構成するために、アルミニウム(Al)、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(Mo)などの低抵抗の不透明導電性物質を使用できる。
その後、ゲート電極121をマスクにしてアクティブパターン124′の所定領域に高濃度のp+イオンを注入することにより、p+ソース領域124aとp+ドレイン領域124bを形成する。
次に、図2Cに示すように、アレイ基板110の全面に第2絶縁膜115b′を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第3マスク工程)で第1絶縁膜115aと第2絶縁膜115b′との一部領域を除去して、ソース領域124aの一部を露出させる第1コンタクトホール140aとドレイン領域124bの一部を露出させる第2コンタクトホール140bを形成する。
次に、図2Dに示すように、アレイ基板110の全面に第2導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程(第4マスク工程)でパターニングすることにより、第1コンタクトホール140aを介してソース領域124aと電気的に接続するソース電極122を形成し、第2コンタクトホール140bを介してドレイン領域124bと電気的に接続するドレイン電極123を形成する。ここで、ソース電極122の一部は一方側に延びてデータライン117を構成し、ドレイン電極123の一部は画素領域側に延びて、第2絶縁膜115b′を介してその下部の共通ライン108と重なってストレージキャパシタを構成する。
次に、図2Eに示すように、アレイ基板110の全面に第3絶縁膜115cを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第5マスク工程)で第3絶縁膜115cをパターニングすることにより、ドレイン電極123の一部を露出させる第3コンタクトホール140cを形成する。
次に、図2Fに示すように、第3絶縁膜115cが形成されたアレイ基板110の全面に第3導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程(第6マスク工程)で第3導電膜を選択的にパターニングすることにより、第3コンタクトホール140cを介してドレイン電極123と電気的に接続する画素電極118を形成する。
第3導電膜としては、画素電極118を構成するために、ITO(Indium Tin Oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)などの透過率に優れた透明導電物質を使用できる。
以上、上記参考発明においては、合計6つのマスク工程で画素部と回路部にpチャネル薄膜トランジスタを製造するが、本発明の第実施形態においては、ソース/ドレイン電極と画素電極を1回のマスク工程で形成し、画素電極のためのコンタクトホールのマスク工程を除去することにより、2回のマスク工程を減らした。また、本発明の第実施形態においては、ソース/ドレイン電極と画素電極を1回のマスク工程で形成するために、ソース/ドレイン電極のためのコンタクトホールと画素電極のためのコンタクトホールを同時に形成する。以下、本発明の第実施形態について図3を参照して説明する。
図3は本発明の第実施形態による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図であり、特に、画素部の薄膜トランジスタを含む1つの画素を示す。
実際の液晶表示装置には、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N×M個の画素が存在するが、説明を簡単にするために図には1つの画素を示す。
図3に示すように、本発明の第実施形態による液晶表示装置のアレイ基板210上には、縦横に配列されて画素領域を定義するゲートライン216とデータライン217が形成されている。また、ゲートライン216とデータライン217との交差領域には、スイッチング素子である薄膜トランジスタが形成され、画素領域内には、薄膜トランジスタに接続されてカラーフィルタ基板(図示せず)の共通電極と共に液晶(図示せず)を駆動させる画素電極218が形成されている。
薄膜トランジスタは、ゲートライン216に接続されたゲート電極221と、データライン217に接続されたソース電極222と、画素電極218に接続されたドレイン電極223とを含む。また、薄膜トランジスタは、ゲート電極221に供給されるゲート電圧によりソース電極222とドレイン電極223との間に伝導チャネルを形成するアクティブパターン224′をさらに含む。
ここで、第実施形態のアクティブパターン224′は多結晶シリコン薄膜からなり、その一部が画素領域側に延び、画素領域側に延びたアクティブパターン224′の上部には導電物質からなるストレージ電極230″が形成されている。
また、画素領域内には、ゲートライン216と実質的に同一の方向に共通ライン208が形成されており、共通ライン208は、第1絶縁膜(図示せず)を介してその下部のストレージ電極230″と重なって第1ストレージキャパシタを構成する。ここで、第2実施形態のストレージ電極230″は、不透明導電物質からなり、1回のマスク工程でアクティブパターン224′と同時に形成される。
ソース電極222及びドレイン電極223は、それぞれ第1絶縁膜、第1層間絶縁膜(図示せず)、第2層間絶縁膜(図示せず)に形成された第1コンタクトホール240a及び第2コンタクトホール240bを介して、アクティブパターン224′のソース領域及びドレイン領域と電気的に接続される。また、ソース電極222の一部は一方側に延びてデータライン217の一部を構成し、ドレイン電極223の一部は画素領域側に延びて画素電極218に接続される。ここで、ソース電極222、ドレイン電極223、及びデータライン217の下部には、透明導電物質からなり、ソース電極222、ドレイン電極223、及びデータライン217と同一の形状にパターニングされたソース電極パターン(図示せず)、ドレイン電極パターン(図示せず)、及びデータラインパターン(図示せず)が形成されており、ドレイン電極パターンの一部は画素領域側に延びて画素電極218を構成する。
また、画素領域側に延びたドレイン電極223の一部は、第2絶縁膜を介してその下部の共通ライン208と重なって第2ストレージキャパシタを構成する。
また、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、及びデータラインパターンは、画素電極218と同一の導電物質、例えば、ITO又はIZOなどの透明導電物質からなる。
このように構成された第実施形態のアレイ基板210は、回折露光を利用することにより、ソース/ドレイン電極222、223、データライン217、及び画素電極218を1回のマスク工程で形成し、画素電極218のためのコンタクトホール形成工程が必要ないため、合計4回のマスク工程でアレイ基板を製造する。
以下、このような本発明の第実施形態による液晶表示装置のアレイ基板の製造方法を説明する。
図4A〜図4Dは、図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線に沿って切断した断面図であり、図5A〜図5Dは、図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す平面図である。
本発明の第実施形態においては、画素部と回路部の両方にpチャネル薄膜トランジスタを備えた駆動回路一体型液晶表示装置を示す。
図4A及び図5Aに示すように、ガラスなどの透明な絶縁物質からなるアレイ基板210上に、バッファ層211とシリコン薄膜を形成した後、シリコン薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜を形成する。
ここで、バッファ層211は、アレイ基板210内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浸透することを遮断する役割を果たす。
その後、多結晶シリコン薄膜が形成されたアレイ基板210の全面に導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程(第1マスク工程)でパターニングすることにより、アクティブパターン224′とストレージ電極230″を形成する。
前述したように、アクティブパターン224′とストレージ電極230″は、回折露光を利用することにより1回のマスク工程で形成できるが、これについて図を参照して以下に詳細に説明する。
図6A〜図6Fは図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。
図6Aに示すように、ガラスなどの透明な絶縁物質からなるアレイ基板210上に、バッファ層211とシリコン薄膜を形成する。
シリコン薄膜としては、非晶質シリコン薄膜又は多結晶シリコン薄膜を適用できるが、本実施形態では多結晶シリコン薄膜を利用して薄膜トランジスタを構成した場合を示す。ここで、多結晶シリコン薄膜は、基板上に非晶質シリコン薄膜を蒸着した後に多様な結晶化方式を用いて形成できるが、これを説明すると次のとおりである。
まず、非晶質シリコン薄膜は多様な方法で蒸着して形成できるが、非晶質シリコン薄膜を蒸着する代表的な方法としては、低圧化学気相蒸着(LPCVD)方法とプラズマ化学気相蒸着(PECVD)方法がある。
また、非晶質シリコン薄膜を結晶化する方法としては、非晶質シリコン薄膜を高温炉で熱処理する固相結晶化(SPC;Solid Phase Crystallization)方法とレーザを利用するエキシマレーザアニーリング(ELA;Excimer Laser Annealing)方法がある。
レーザを利用する結晶化方法としては、パルス状のレーザを利用するエキシマレーザアニーリング方法が主に用いられるが、最近、グレインを水平方向に成長させて結晶化特性を向上させた逐次的横方向結晶化(SLS;Sequential Lateral Solidification)方法が研究されている。
そして、多結晶シリコン薄膜224(上記シリコン薄膜)上に、モリブデンやアルミニウム系の導電物質からなる導電膜230を形成する。
次に、図6Bに示すように、アレイ基板210の全面にフォトレジストなどの感光性物質からなる感光膜270を形成した後、本実施形態の回折マスク280を利用して感光膜270に選択的に光を照射する。
ここで、本実施形態に使用した回折マスク280には、照射された光を全て透過させる透過領域I、スリットパターンが適用されて光の一部だけ透過させて一部は遮断するスリット領域II、及び照射された光を全て遮断する遮断領域IIIが設けられており、回折マスク280を透過した光だけ感光膜270に照射される。
次に、回折マスク280を利用して露光された感光膜270を現像すると、図6Cに示すように、遮断領域IIIにより光が全て遮断された領域と、スリット領域IIにより光の一部だけ遮断された領域には、所定厚さの第1感光膜パターン270Aと第2感光膜パターン270Bが残り、光が全て透過する透過領域Iに該当する領域には、感光膜が完全に除去されて導電膜230の表面が露出する。
ここで、遮断領域IIIに形成された第1感光膜パターン270Aは、スリット領域IIに形成された第2感光膜パターン270Bより厚く形成される。また、透過領域Iによって光が全て透過した領域は感光膜が完全に除去されるが、これはポジ型フォトレジストを使用したためであり、本発明はこれに限定されるものではなく、ネガ型フォトレジストを使用してもよい。
次に、このように形成された第1感光膜パターン270Aと第2感光膜パターン270Bをマスクにして、その下部に形成された多結晶シリコン薄膜224と導電膜230を選択的に除去すると、図6Dに示すように、アレイ基板210に多結晶シリコン薄膜224からなるアクティブパターン224′が形成される。また、アクティブパターン224′の上部には、導電膜230からなり、アクティブパターン224′と同一の形状にパターニングされた導電膜パターン230′が残る。
次に、第1感光膜パターン270Aと第2感光膜パターン270Bの一部を除去するアッシング工程を行うと、アクティブパターン224′の上部、すなわち、回折露光が適用されたスリット領域IIの第2感光膜パターン270Bが完全に除去されて、図6Eに示すように、導電膜パターン230′の表面が露出する。
また、第1感光膜パターン270Aは、第2感光膜パターン270Bの厚さだけ除去された第3感光膜パターン270A′となり、遮断領域IIIに対応する領域の上部にのみ残る。
次に、図6Fに示すように、残っている第3感光膜パターン270A′をマスクにして導電膜パターン230′の一部を除去すると、導電膜230からなるストレージ電極230″が形成される。
そして、図4B及び図5Bに示すように、アレイ基板210の全面に第1絶縁膜215aと第1導電膜を形成した後、フォトリソグラフィ工程(第2マスク工程)で第1導電膜を選択的にパターニングすることにより、アクティブパターン224′上に第1導電膜からなるゲート電極221を形成すると共に、ストレージ電極230″の上部に第1導電膜からなる共通ライン208を形成する。
第1導電膜としては、ゲート電極221、ゲートライン217、及び共通ライン208を構成するために、アルミニウム(Al)、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(Mo)などの低抵抗の不透明導電物質を使用できる。
ここで、画素部の共通ライン208は、第1絶縁膜215aを介してその下部のストレージ電極230″と重なって第1ストレージキャパシタを形成する。
その後、ゲート電極221をマスクにしてアクティブパターン224′の所定領域に高濃度のp+イオンを注入することにより、p+ソース領域224aとp+ドレイン領域224bを形成する。図中の符号224cは、p+ソース領域224aとp+ドレイン領域224bとの間に伝導チャネルを形成するpチャネル領域を意味する。
次に、図4C及び図5Cに示すように、アレイ基板210の全面に第1層間絶縁膜215bと第2層間絶縁膜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)で第1絶縁膜215a、第1層間絶縁膜215b、及び第2層間絶縁膜215b′の一部領域を除去して、ソース領域224aの一部を露出させる第1コンタクトホール240aと、ドレイン領域224bの一部を露出させる第2コンタクトホール240bを形成する。
ここで、第1層間絶縁膜215b及び第2層間絶縁膜215b′としてはSiNx/SiOの二重膜を適用できる。この場合、第1層間絶縁膜215bとしてSiOを蒸着した後に活性化熱処理を行い、第2層間絶縁膜215b′としてSiNxを蒸着した後に水素化熱処理を行うこともでき、第1層間絶縁膜215b及び第2層間絶縁膜215b′としてSiNx/SiOを全て蒸着した後、1回の熱処理により水素化及び活性化を同時に行うこともできる。
さらに、第1層間絶縁膜215b及び第2層間絶縁膜215b′として、SiNxの単一膜、又はSiO/SiNx/SiOの三重膜などを多様に適用できる。
第2コンタクトホール240bの形成時、ドレイン領域224bとストレージ電極230″との一部を共に露出させることもでき、ドレイン領域224bとストレージ電極230″との一部が別に露出するように、2つの第2コンタクトホールを形成した後にドレイン電極で接続させることもできる。
次に、図4D及び図5Dに示すように、アレイ基板210の全面に第2導電膜と第3導電膜を順次蒸着した後、回折露光を利用して第2導電膜と第3導電膜を2回のエッチング工程によりパターニングすることにより、1回のマスク工程(第4マスク工程)で、第3導電膜からなるソース電極222、ドレイン電極223、及びデータライン217を形成すると共に、第2導電膜からなる画素電極218を形成する。ここで、ソース電極222、ドレイン電極223、及びデータライン217の下部には、第2導電膜からなり、その側面がソース電極222、ドレイン電極223、及びデータライン217と同一の形状にパターニングされたソース電極パターン222′、ドレイン電極パターン223′、及びデータラインパターン217′が形成され、データラインパターン217′の一部は画素領域側に延びて画素電極218を構成する。
本発明の第実施形態においては、多結晶シリコン薄膜224からなるアクティブパターン224′と導電膜230からなるストレージ電極230″を1回のマスク工程で形成することにより、マスク工程を追加することなくストレージキャパシタの容量を増加させることができる。
以下、ストレージ電極を備えない参考発明の液晶表示装置について図を参照して詳細に説明する。
図7は参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図であり、特に、画素部の薄膜トランジスタを含む1つの画素を示す。
図7に示すように、参考発明による液晶表示装置のアレイ基板310上には、縦横に配列されて画素領域を定義するゲートライン316及びデータライン317が形成されている。また、ゲートライン316とデータライン317との交差領域には、スイッチング素子である薄膜トランジスタが形成され、画素領域内には、薄膜トランジスタに接続されてカラーフィルタ基板(図示せず)の共通電極と共に液晶(図示せず)を駆動させる画素電極318が形成されている。
薄膜トランジスタは、ゲートライン316に接続されたゲート電極321と、データライン317に接続されたソース電極322と、画素電極318に接続されたドレイン電極323とを含む。また、薄膜トランジスタは、ゲート電極321に供給されるゲート電圧によりソース電極322とドレイン電極323との間に伝導チャネルを形成するアクティブパターン324′をさらに含む。
ここで、画素領域内には、ゲートライン316と実質的に同一の方向に共通ライン308が形成されている。
ソース電極322及びドレイン電極323は、それぞれ第1絶縁膜(図示せず)、第1層間絶縁膜(図示せず)、及び第2層間絶縁膜(図示せず)に形成された第1コンタクトホール340a及び第2コンタクトホール340bを介して、アクティブパターン324′のソース領域及びドレイン領域と電気的に接続される。また、ソース電極322の一部は一方側に延びてデータライン317の一部を構成し、ドレイン電極323の一部は画素領域側に延びて画素電極318に接続される。ここで、ソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317の下部には、透明導電物質からなり、ソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317と同一の形状にパターニングされたソース電極パターン(図示せず)、ドレイン電極パターン(図示せず)、及びデータラインパターン(図示せず)が形成されており、ドレイン電極パターンの一部は画素領域側に延びて画素電極318を構成する。
また、画素領域側に延びたドレイン電極323の一部は、第2絶縁膜を介してその下部の共通ライン308と重なってストレージキャパシタを構成する。
また、ソース電極パターン、ドレイン電極パターン、及びデータラインパターンは、画素電極318と同一の導電物質、例えば、ITO又はIZOなどの透明導電物質からなる。
このように構成された参考発明のアレイ基板は、第実施形態の場合と同様に、回折露光を利用することにより、ソース/ドレイン電極322、323、データライン317、ソース/ドレイン電極パターン、データラインパターン、及び画素電極318を1回のマスク工程で形成し、画素電極318のためのコンタクトホール形成工程が必要ないため、合計4回のマスク工程でアレイ基板を製造する。
以下、参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の製造方法を説明する。
図8A〜図8Dは、図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線に沿って切断した断面図であり、図9A〜図9Dは、図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す平面図である。
図8A及び図9Aに示すように、ガラスなどの透明な絶縁物質からなるアレイ基板310上に、バッファ層311とシリコン薄膜を形成した後、シリコン薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜を形成する。その後、多結晶シリコン薄膜をフォトリソグラフィ工程(第1マスク工程)でパターニングすることにより、アクティブパターン324′を形成する。
次に、図8B及び図9Bに示すように、アレイ基板310の全面に第1絶縁膜315aと第1導電膜を順次形成した後、フォトリソグラフィ工程(第2マスク工程)で第1導電膜を選択的にパターニングすることにより、アクティブパターン324′上に第1導電膜からなるゲート電極321を形成すると共に、画素領域に第1導電膜からなる共通ライン308を形成する。
その後、ゲート電極321をマスクにしてアクティブパターン324′の所定領域に高濃度のp+イオンを注入することにより、p+ソース領域324aとp+ドレイン領域324bを形成する。図中の符号324cは、p+ソース領域324aとp+ドレイン領域324bとの間に伝導チャネルを形成するpチャネル領域を意味する。
次に、図8C及び図9Cに示すように、アレイ基板310の全面に第1層間絶縁膜315bと第2層間絶縁膜315b′を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第3マスク工程)で第1絶縁膜315a、第1層間絶縁膜315b、及び第2層間絶縁膜315b′の一部領域を除去して、ソース領域324aの一部を露出させる第1コンタクトホール340aと、ドレイン領域324bの一部を露出させる第2コンタクトホール340bを形成する。
次に、図8D及び図9Dに示すように、アレイ基板310の全面に第2導電膜と第3導電膜を順次蒸着した後、回折露光を利用して第2導電膜と第3導電膜を2回のエッチング工程によりパターニングすることにより、1回のマスク工程(第4マスク工程)で、第3導電膜からなるソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317を形成すると共に、第2導電膜からなる画素電極318を形成する。ここで、ソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317の下部には、第2導電膜からなり、その側面がソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317と同一の形状にパターニングされたソース電極パターン322′、ドレイン電極パターン323′、及びデータラインパターン317′が形成され、データラインパターン317′の一部は画素領域側に延びて画素電極318を構成する。
以下、第4マスク工程について図10A〜図10Eを参照して以下に詳細に説明する。
図10A〜図10Eは図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。
図10Aに示すように、第1コンタクトホール340a及び第2コンタクトホール340bの内部を含むアレイ基板310の全面に、第2導電膜330、第3導電膜340、及び感光膜370を形成した後、本実施形態の回折マスク380を利用して感光膜370に選択的に光を照射する。
第2導電膜330としては、画素電極318を構成するため、ITO又はIZOなどの透明導電物質を使用でき、第3導電膜340としては、ソース電極322、ドレイン電極323、及びデータライン317を構成するために、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、銅、クロム、モリブデンなどの低抵抗の不透明導電物質を使用できる。
ここで、本実施形態に使用した回折マスク380には、照射された光を全て透過させる透過領域I、スリットパターンが適用されて光の一部だけ透過させて一部は遮断するスリット領域II、及び照射された光を全て遮断する遮断領域IIIが設けられており、回折マスク380を透過した光だけ感光膜370に照射される。
次に、回折マスク380を利用して露光された感光膜370を現像すると、図10Bに示すように、遮断領域IIIによって光が全て遮断された領域と、スリット領域IIによって光の一部だけ遮断された領域には、所定厚さの第1感光膜パターン370Aと第2感光膜パターン370Bが残り、光が全て透過する透過領域Iに該当する領域では、感光膜370が完全に除去されて第3導電膜340の表面を露出させる。
ここで、遮断領域IIIに形成された第1感光膜パターン370Aは、スリット領域IIに形成された第2感光膜パターン370Bより厚く形成される。また、透過領域Iにより光が全て透過した領域は感光膜が完全に除去されるが、これはポジ型フォトレジストを使用したためであり、本発明はこれに限定されるものではなく、ネガ型フォトレジストを使用してもよい。
次に、このように形成された第1感光膜パターン370Aと第2感光膜パターン370Bをマスクにして、その下部に形成された第2導電膜330と第3導電膜340を選択的に除去すると、図10Cに示すように、アレイ基板310に、第3導電膜340からなり、第1コンタクトホール340a及び第2コンタクトホール340bを介してアクティブパターン324′のソース領域324a及びドレイン領域324bと電気的に接続するソース電極322及びドレイン電極323が形成される。
ここで、ソース電極322及びドレイン電極323の下部には、第2導電膜330からなり、その側面がソース電極322及びドレイン電極323と同一の形状にパターニングされたソース電極パターン322′及びドレイン電極パターン323′が残る。
ソース電極パターン322′及びドレイン電極パターン323′は、実質的に上部のソース電極322及びドレイン電極323と下部のソース領域324a及びドレイン領域324b間を電気的に接続させる。
画素部のドレイン電極パターン323′は、その一部が画素領域側に延びて画素電極318を構成し、このとき、画素電極318の上部には、第3導電膜340からなる第3導電膜パターン340′が残る。
次に、第1感光膜パターン370Aと第2感光膜パターン370Bの一部を除去するアッシング工程を行うと、画素領域、すなわち、回折露光が適用されたスリット領域IIの第2感光膜パターン370Bが完全に除去されて、図10Dに示すように、第3導電膜パターン340′の表面が露出する。
また、第1感光膜パターン370Aは、第2感光膜パターン370Bの厚さ分だけ除去された第3感光膜パターン370A′となり、遮断領域IIIに対応する領域の上部にのみ残る。
次に、図10Eに示すように、残っている第3感光膜パターン370A′をマスクにして画素電極318上部の第3導電膜パターン340′を除去することにより、画素電極318の表面を外部に露出させる。
ここで、画素部のソース電極322の一部は一方向に延びてデータライン317を構成し、画素部のドレイン電極323の一部は画素領域側に延びて、第2絶縁膜315bを介してその下部の共通ライン308と重なって第2ストレージキャパシタを構成する。
このように構成された第1実施形態のアレイ基板は、画像表示領域の外郭に形成されたシールパターンによりカラーフィルタ基板と対向して貼り合わせられて液晶表示装置を構成し、このようなアレイ基板とカラーフィルタ基板との貼り合わせは、アレイ基板又はカラーフィルタ基板に形成された貼り合わせキーを用いて行う。
以上、多くの事項を具体的に記載したが、これは本発明の範囲を限定するものではなく、好ましい実施形態の例示として解釈されるべきである。従って、本発明の範囲は、前述した実施形態によって限定されるものではなく、特許請求の範囲とその均等物によって定められるものである。
参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′断面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′線断面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′線断面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′線断面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図1のII−II′線断面図である。 図1に示す参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図である。 本発明の第実施形態による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線断面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線断面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線断面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線断面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線平面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線平面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線平面図である。 図3に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図3のIV−IV′線平面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図4A及び図5Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 参考発明による液晶表示装置のアレイ基板の一部を概略的に示す平面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線断面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線断面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線断面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線断面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線平面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線平面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線平面図である。 図7に示すアレイ基板の製造工程を順次示す、図7のVIII−VIII′線平面図である。 図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。 図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。 図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。 図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。 図8D及び図9Dに示す第4マスク工程を具体的に示す断面図である。 一般的な駆動回路一体型液晶表示装置の構造を概略的に示す平面図である。

Claims (18)

  1. 画素部と回路部とに区分される第1基板を提供する段階と、
    前記画素部及び前記回路部にアクティブパターンを形成し、前記画素部のアクティブパターンの上部に導電物質からなるストレージ電極を形成する段階であって、前記アクティブパターン及び前記ストレージ電極は、回折露光を利用することにより1回のマスク工程により形成される、段階と、
    前記第1基板上に第1絶縁膜を形成する段階と、
    前記画素部及び前記回路部の前記アクティブパターンと重畳するようにゲート電極を形成し、前記画素部の前記ストレージ電極と重畳するように共通ラインを形成する段階と、
    前記画素部及び前記回路部のアクティブパターンの所定領域にp+ソース/ドレイン領域を形成する段階と、
    前記第1基板上に第1層間絶縁膜及び第2層間絶縁膜を形成する段階と、
    前記第1絶縁膜、前記第1層間絶縁膜、及び前記第2層間絶縁の一部領域を除去して、前記アクティブパターンのソース領域及びドレイン領域を露出させる第1コンタクトホール及び第2コンタクトホールを形成する段階と、
    前記第1コンタクトホール及び前記第2コンタクトホールを介してそれぞれ前記アクティブパターンのソース領域及びドレイン領域と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ドレイン電極に接続する画素電極を形成する段階と、
    第2基板を提供する段階と、
    前記第1基板又は前記第2基板のいずれか一方の基板上に液晶層を形成する段階と、
    前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる段階と、
    を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記画素電極は、回折露光を利用することにより1回のマスク工程により形成することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  3. 前記アクティブパターンが多結晶シリコン薄膜からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 前記共通ラインが、前記第1絶縁膜を介して、その下部に配置される前記ストレージ電極と重なって第1ストレージキャパシタを形成することを特徴とする請求項に記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記共通ラインが、前記第1層間絶縁膜及び第2層間絶縁膜を介して、その上部に配置される前記ドレイン電極の一部と重なって第2ストレージキャパシタを形成することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記第1層間絶縁膜がシリコン酸化膜からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記第1層間絶縁膜を形成した後に活性化工程を行うことを特徴とする請求項に記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記第2層間絶縁膜がシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記第2層間絶縁膜が、シリコン窒化膜を含む二重膜以上の膜であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  10. 前記第2層間絶縁膜を形成した後に水素化工程を行うことを特徴とする請求項又はに記載の液晶表示装置の製造方法。
  11. 前記ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ドレイン電極に接続する画素電極を形成する段階は、
    前記第1基板の全面に第1導電膜及び第2導電膜を形成する段階と、
    前記第1基板の第1領域に第1厚さの第1感光膜パターンを形成し、前記第1基板の第2領域に第2厚さの第2感光膜パターンを形成する段階と、
    前記第1感光膜パターン及び前記第2感光膜パターンをマスクにして前記第1導電膜及び前記第2導電膜を選択的に除去することにより、前記第1領域に前記第1導電膜及び第2導電膜からなるソース電極、ドレイン電極、及びデータラインを形成する段階と、
    前記第2感光膜パターンを除去すると共に前記第1感光膜パターンの一部を除去することにより、第3厚さの第3感光膜パターンを形成する段階と、
    前記第3感光膜パターンをマスクにして前記第2領域の前記第2導電膜を除去することにより、前記第1領域及び第2領域に形成される前記第1導電膜からなる画素電極の前記第2領域部分を露出させる段階と、
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記データラインの下部に、前記第1導電膜からなり、その側面が前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記データラインと同一の形状にパターニングされたソース電極パターン、ドレイン電極パターン、及びデータラインパターンがそれぞれ形成されることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記第1感光膜パターンが、アッシング工程により、前記第2感光膜パターンの厚さだけ減少した第3厚さの第3感光膜パターンにパターニングされることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記第1領域が、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記データラインが形成される領域であることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  15. 前記第2領域が、前記画素電極が形成される領域であることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  16. 前記第1厚さが前記第2厚さより厚いことを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  17. 前記第1導電膜は、ITO又はIZOの透明導電物質から形成されることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
  18. 前記第2導電膜は、アルミニウム、アルミニウム合金、タングステン、銅、クロム、又はモリブデンの不透明導電物質から形成されることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置の製造方法。
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