JP4707692B2 - 液晶表示装置用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
一般的に、電子ディスプレー装置というものは多様な情報などを視覚を通じて人間に伝達する装置をいう。即ち、電子ディスプレー装置とは各種電子機器から出力される電気的な情報信号を人間の視覚により認識可能である光情報信号へ変換する電子装置であり、人間と電子機器を連結する架橋的な役割を担当する装置と言える。
しかし、半導体技術の急速な進歩によって各種電子装置の固体化、低電圧化及び低電力化と共に電子機器の小型及び軽量化に従って新しい環境に適合する電子ディスプレー装置、即ち薄くて軽くかつ低い駆動電圧及び低い消費電力の特性を備えた平板パネル型ディスプレー装置に対する要求が急激に増大している。
液晶表示装置は、電極が形成されている二枚の基板とその間に挿入されている液晶層から成り、前記電極に電圧を印加して前記液晶層の液晶分子を再配列させて透過される光の量を調節するディスプレー装置である。液晶表示装置は外部光源を利用して画像を表示する透過型液晶表示装置と外部光源の代わりに自然光を利用する反射型液晶表示装置で区分可能である。かつ、前記二枚の基板には、各々電極が形成され、各電極に印加される電圧をスイッチングするための薄膜トランジスターが二枚の基板内の一枚の基板に形成される。
図1は従来の反射型液晶表示装置用薄膜トランジスターの断面図である。
図1を参照すれば、ガラス、石英又はサファイアから成った透明な基板10上にゲート膜として、例えばクロム(Cr)、アルミニウムh(Al)、モリブデン(Mo)又はモリブデンタングステン(MoW)などの単一メタル膜や二重メタル膜を蒸着した後、フォトリソグラフィにより前記ゲート膜をパターニングして、ゲート配線を形成する(第1マスク)。前記ゲート配線はゲート電極12、前記ゲート電極12に連結されるゲートライン及び外部から信号が印加されて前記ゲートラインに伝達するゲートパッド13を含む。
前記アクティブパターン16及びゲート絶縁膜14上にメタル膜を蒸着した後、フォトリソグラフィにより前記メタル膜をパターニングして、データ配線を形成する(第3マスク)。前記データ配線はソース電極18、ドレーン電極19及び画像信号を伝達するためのデータパッド(図示せず)を含む。
前記無機保護膜20上に感光性の有機保護膜22を約2〜4μmの厚さで塗布した後、フォトマスクを使用して前記有機保護膜22を露光する(第5マスク)。この時ソース電極18上、ゲート配線上及びデータパッド上の前記有機保護膜22が完全(full)露光される。
続いて、前記露光された有機保護膜22を現像すると、前記表示領域の有機保護膜22表面に多数の凹凸が形成されると同時に、ソース電極18を露出させる第1ビアホール及びゲートパッド13を露出させる第2ビアホールが形成される。かつ、図示しなかったが、データパッドを露出させる第3ビアホールも形成される。
フォトマスクの数が増すほど工程費用と工程誤謬の確率が増加して、製造原価を高める原因になるので、工程の単純化のために無機保護膜を省略して保護膜を単一層で形成する方法が提案された。
図2及び図3を参照すれば、第1メタル膜から成ったゲート配線42、無機絶縁膜から成ったゲート絶縁膜43及び第2メタル膜から成ったデータ配線44が順次に形成されている基板40上に感光性物質から成った有機保護膜45を塗布した後、フォトマスク30を利用して前記有機保護膜45のビアホール領域45a、45bを露光する。
表示領域及び前記表示領域の外郭に位置したパッド領域を含む基板上に形成され、前記表示領域内に形成されたゲート電極を含むゲートラインと、前記パッド領域に形成され、前記ゲートラインの縁端に連結されたゲートパッドを含み、第1方向に延びるゲート配線と、
前記ゲート配線及び前記基板上に形成され、前記ゲート配線を部分的に露出するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたアクティブパターンと、
前記アクティブパターンと一部重畳されながら、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記第1方向と直交する第2方向に延びるデータ配線と、
前記基板の前記パッド領域に位置して前記ゲート配線と同一な層で形成されたデータパッドを含み、
前記データ配線及び前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記データ配線を部分的に露出する第1ビアホールと部分的に露出された前記ゲートパッドを露出する第2ビアホールを含む有機保護膜パターンと、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記データ配線上に前記第1ビアホールを通じて前記データ配線と連結された画素電極と、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記第2ビアホールを通じて前記ゲート配線と連結されたパッド電極を含み、
前記第1ビアホール部位で前記データ配線は表面部にグルーブを形成する段差部を含み、
前記第2ビアホールの基底エッジで前記ゲート絶縁膜が前記有機保護膜パターンに比べて、前記第2ビアホールの内側に突出されており、
前記ゲートパッド及び前記データパッドは同一工程で露出されている液晶表示装置用薄膜トランジスター基板を提供する。
本発明6は、発明1において、前記画素電極は透明電極と反射電極の二重層で形成された液晶表示装置用薄膜トランジスター基板を提供する。
本発明7は、発明6において、前記パッド電極は、前記透明電極の単一層で形成された液晶表示装置用薄膜トランジスター基板を提供する。
表示領域及び前記表示領域の外郭に位置したパッド領域を含む基板上に形成され、前記表示領域内に形成されたゲート電極を含むゲートラインと、前記パッド領域に形成され、前記ゲートラインの縁端に連結されたゲートパッドを含み、第1方向に延びるゲート配線と、
前記ゲート配線及び前記基板上に形成され、前記ゲート配線を部分的に露出するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたアクティブパターンと、
前記アクティブパターンと一部重畳されながら、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記第1方向と直交する第2方向に延びるデータ配線と、
前記基板の前記パッド領域に位置して、前記ゲート配線と同一な層に形成されたデータパッドと、
前記データ配線及び前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記データ配線を部分的に露出する第1ビアホールと部分的に露出された前記ゲートパッドを露出する第2ビアホールを含む有機保護膜パターンと、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記データ配線上に前記第1ビアホールを通じて前記データ配線と連結された画素電極と、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記第2ビアホールを通じて前記ゲート配線と連結されたパッド電極を含み、
前記データ配線は、前記第1ビアホール基底で前記データ配線の表面部にグルーブを形成する段差部を具備しており、
前記ゲートパッド及び前記データパッドは同一工程で露出されている液晶表示装置用薄膜トランジスター基板を提供する。
また、例えば、表示領域及び前記表示領域の外郭に位置したパッド領域を含む基板上に、第1方向に延びるゲート配線を形成する段階と、前記ゲート配線上にゲート絶縁膜を挿入して前記第1方向と直交する第2方向に延びるデータ配線を形成する段階と、前記データ配線及び前記ゲート絶縁膜上に、前記データ配線を露出させる第1ビアホール及び前記ゲート配線を露出させる第2ビアホールを有する保護膜を形成する段階と、前記第1及び第2ビアホールと前記保護膜上にIZOから成った透明電極層及び反射電極層を順に蒸着する段階と、前記表示領域内の反射領域では厚く残留し、透過領域では薄く残留するように、前記反射電極層上にフォトレジストパターンを形成する段階と、前記フォトレジストパターンをマスクとして利用して、前記反射電極層及び前記透明電極層を同時にウェットエッチングする段階と、前記透過領域の反射電極層が露出されるように前記フォトレジストパターンを所定厚さほど除去する段階と、前記透過領域の反射電極層をドライエッチングにより除去する段階と、前記フォトレジストパターンを除去して透明電極及び前記透明電極の周辺を取り囲む反射電極を形成する段階を具備する反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスターの製造方法も考えられる。
〈実施形態1〉
図8及び図15は本発明の第1実施形態による薄膜トランジスターのビアホール形成方法を説明するための断面図である。ここで、各図8、図10、図12、図14、図16は薄膜トランジスターが形成される基板のパッド領域の一部分を図示し、各図9、図11、図13、図15、図17は前記基板の表示領域の一部分を図示する。
続いて、前記有機保護膜58のオープン領域、即ち、ビアホール領域の縁にスリット又は半透明膜から成った部分露光パターンが形成されているフォトマスク80を利用して前記有機保護膜58を露光する。そうすると、前記ビアホール領域の中央部では有機保護膜58が完全露光される反面、前記ビアホール領域の縁では前記スリットにより有機保護膜58が回折露光される。望ましくは、前記フォトマスク80の部分露光パターンは露光器の分解能の1/2程度の線幅を有するオープンパターンで形成する。かつ、反射透過複合型や反射型液晶表示装置の場合、別途のフォトマスクを利用した露光工程を実施する必要が無く、前記部分露光パターンを画素部の反射板に対応するように形成することで、有機保護膜の表面に散乱のための多数の凹凸構造を形成することができる。
図10及び図11を参照すれば、現像が完了された有機保護膜パターン58aをエッチングマスクとして利用して、その下部のゲート絶縁膜54をドライエッチングする。そうすると、前記第2ビアホール61部位のゲート配線が部分的に露出される。この時、無機絶縁膜から成ったゲート絶縁膜54が側面エッチングされ、前記有機保護膜パターン58aの下部にアンダーカット(U)が発生する。同様に、前記データ配線56がモリブデン(Mo)やモリブデンタングステン(MoW)のように消耗量が多い材料で形成される場合、前記第1ビアホール59の縁で前記データ配線56が側面エッチングされ、有機保護膜パターン58aの下部にアンダーカット(U)が発生する。これと同時に、前記第1ビアホール59の基底でもデータ配線56が所定厚さほどエッチングされる(M)。
この時、回折露光により形成されたビアホール縁での有機保護膜の傾斜が低いために、少ない量のアッシングとしても有機保護膜の水平後退距離が大きくなる。即ち、ビアホール領域の縁での有機保護膜傾斜をとし、有機保護膜の垂直後退距離をyとすると、前記有機保護膜の水平後退距離Xはx=y/tanになる。従って、アンダーカットを除去するために、過度のアッシングを実施しなくても、画素内部で有機保護膜表面の凹凸が崩れる問題を防止することができる。
図18乃至図21を参照すれば、透明な基板100上にクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)又はモリブデンタングステン(MoW)などの単一メタル膜や二重メタル膜から成ったゲート配線が形成される。前記ゲート配線は第1方向(即ち、横方向)に伸びるゲートライン101、前記ゲートライン101の縁端に連結されて外部から照射信号の印加を受けて、前記ゲートライン101に伝達するゲートパッド103、及び前記ゲートライン101の一部分である薄膜トランジスターのゲート電極102を含む。
前記アクティブパターン108及びゲート絶縁膜106上には前記第1方向と直交する第2方向(即ち、縦方向)に伸びるデータ配線110が形成される。前記データ配線110は前記アクティブパターン108の第1領域と重畳される第1電極(以下、ソース電極という)112と前記アクティブパターン108の前記第1領域と対向される第2領域と重畳される第2電極(以下、ドレーン電極)111を含む。従来の液晶表示装置では、画像信号を伝達するためのデータパッドを前記データ配線と同一な層で形成するが、本実施形態ではゲート配線を形成する時データパッド104を共に形成する。即ち、前記データパッド104とゲート配線は同一な層で形成される。
図22はゲート配線が形成された基板の平面図であり、図23及び図24は各々、図22の12b−12b′線及び12c−12c′線による断面図である。ガラス、石英又はサファイアのような絶縁物質から成った透明な基板100上にゲート膜として、例えばクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)又はモリブデンタングステン(MoW)などの単一メタル膜や二重メタル膜を蒸着した後、フォトリソグラフィにより前記ゲート膜をパターニングして、ゲート配線を形成する(第1マスク)。前記ゲート配線は、第1方向(即ち、横方向)に伸びるゲートライン101、表示領域に形成され、前記ゲートライン101の一部分であるゲート電極102及び前記ゲートライン101の縁端に連結されて、パッド領域に形成されるゲートパッド103を含む。かつ、本実施形態では前記ゲート配線を形成するときに、画像信号を薄膜トランジスターに伝達するためのデータパッド104を共に形成する。
図25はアクティブパターン108が形成された基板の平面図であり、図26及び図27は各々図25の13b−13b′線及び13c−13c′線による断面図である。前記ゲート配線が形成された基板100上にシリコン窒化物のような無機絶縁膜から成ったゲート絶縁膜106を約4500A厚さで形成する。前記ゲート絶縁膜106上に非晶質シリコンのような半導体膜を蒸着し、これをフォトリソグラフィによりパターニングして、薄膜トランジスターのアクティブパターン108を形成する(第2マスク)。
続けて、前記有機保護膜パターン114aをアッシング又はプラズマドライエッチングして、有機保護膜パターン114aを垂直・水平方向に所定厚さほど除去することにより、その下部のアンダーカットを除去する。上述したアッシング工程が完了されると、ビアホール基底のエッジで有機保護膜パターン114aの下部膜が突出される(S3、S4)。
続いて、フォトリソグラフィにより前記メタル膜125をパターニングすると、図19及び、図20及び図21に図示したように、前記第1ビアホール116を通じてソース電極112と連結される画素電極120及び前記第2ビアホール117を通じてゲートパッド103と連結されるパッド電極121が形成される(第5マスク)。これと同時に、前記第3ビアホール118と第4ビアホール119を通じて前記データ配線110の縁端と前記データパッド104を連結させるブリッジ電極122が形成される。前記画素電極120はゲート配線とデータ配線110によって区画される画素部内に形成され、高い開口率を確保するためにその縁が前記ゲート配線及びデータ配線110と重畳されるように形成される。
〈実施形態2〉
図38乃至図47は本発明の第2実施形態による薄膜トランジスターのビアホール形成方法を説明するための断面図である。ここで、各図38、図40、図42、図44、図46はメタル膜の上に無機絶縁膜が存在する場合を図示し、各図39、図41、図43、図45、図47はメタル膜の上に無機絶縁膜が存在しない場合を図示する。
図40及び図41を参照すれば、前記第1領域よりサイズが小さく、前記第1領域内に位置する第2領域210を露光するための第2フォトマスク270を利用して、前記有機保護膜208を2次露光する。この時、前記第1領域と第2領域が重畳される部分の有機保護膜は全て露光される。透過型液晶表示装置の場合には、前記2次露光により有機保護膜208の露出された部位が十分に露光されるように進行する。反射透過複合型液晶表示装置や反射型液晶表示装置の場合には、前記2次露光に使用される第2フォトマスクを有機絶縁膜の凹凸構造露光のためのマスクに使用することにより、凹凸構造露光とビアホール露光を同時に実施して工程を単純化させることができる。
上述したアッシング工程が完了されると、図46に図示したようにメタル膜204の上に無機絶縁膜206が存在する場合、前記ビアホール211の基底エッジ(S5)で前記無機絶縁膜206が有機保護膜パターン208bに比べて突出される。同様に、図47に図示したようにメタル膜204の上に無機絶縁膜が存在しない場合、前記ビアホール212の基底エッジ(S6)で前記メタル膜204が有機保護膜パターン208bに比べて突出される。
図48は本発明の第3実施形態による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスターの平面図であり、透過窓340の周辺を囲むように反射板350が形成される。
図49乃至図60は本発明の第3実施形態による液晶表示装置用薄膜トランジスターの製造方法を説明するための断面図である。ここで、各図49、図52、図55、図58は図48のG−G′線と各図50、図53、図56、図59は図48のH−H線′と各図51、図54、図57、図60は図48のL−L′線による断面図である。
前記データ配線310、アクティブパターン308及びゲート絶縁膜306上に保護膜として、望ましくは感光性の有機絶縁膜を約2μm以上の厚さで形成する。このように、有機絶縁膜を厚く塗布して保護膜を形成すると、前記データ配線310とその上に形成される画素電極間に寄生キャパシタンスが生成されない。よって、高い開口率を確保するために前記画素電極をデータ配線310及びゲート配線と重畳するように形成することができる。
図52乃至図54を参照すれば、透過領域(T)に対応される部分露光パターンと反射領域(R)に対応される完全露光パターンが共に形成されているフォトマスク400を利用して、前記フォトレジスト膜324を露光する。望ましくは、前記部分露光パターンは、スリットまたは半透明膜から構成され、露光器の分解能の1/2程度の線幅を有するオープンパターンで形成する。
続いて、前記フォトレジストパターン324aをアッシング又はプラズマドライエッチングして、前記透過領域ではフォトレジストパターンが完全に除去され、その下部の反射電極層322が露出されるようにし、前記反射領域ではフォトレジストパターンが存在するようにする。
上述したように、本発明の第1実施形態によると、ビアホール領域の縁に部分露光パターンが形成されたフォトマスクを利用して、有機保護膜を1回露光して、ビアホール領域の縁で前記有機保護膜の傾斜が低くなるように有機保護膜パターンを形成する。続いて、有機保護膜パターンをエッチングマスクとして利用したドライエッチング工程を実施して、ビアホールを形成した後、前記有機保護膜パターンをアッシング又はプラズマドライエッチングして有機保護膜パターン下部のアンダーカットを除去する。このように、アンダーカットが除去されると、ビアホールの基底エッジで有機保護膜パターンの下部膜が突出されるので、後続工程で蒸着されるメタル膜の段差塗布不良が発生しない。
上述した本発明の第3実施形態によると、反射透過複合型液晶表示装置において、透明電極をITOの代わりにIZOで形成することにより、透明電極と反射電極間の界面特性を向上させ、工程を単純化させることができる。かつ、保護膜を有機絶縁膜の単一層で形成して透明電極の縁端をゲート配線及びデータ配線と重畳させた後、前記重畳された領域の付近に反射電極を残すことにより、十分な透過のための開口率を得ることができる。
54、106、306 ゲート絶縁膜
108、308 アクティブパターン
103、303 ゲートパッド
104 データパッド
110、310 データ配線
56、112、312 ソース電極
58、114、314 有機保護膜パターン
122 ブリッジ電極
116、117、119、210、211、317 ビアホール
330 画素電極
121、332 パッド電極
320 透明電極層
322 反射電極層
Claims (8)
- 表示領域及び前記表示領域の外郭に位置したパッド領域を含む基板上に形成され、前記表示領域内に形成されたゲート電極を含むゲートラインと、前記パッド領域に形成され、前記ゲートラインの縁端に連結されたゲートパッドを含み、第1方向に延びるゲート配線と、
前記ゲート配線及び前記基板上に形成され、前記ゲート配線を部分的に露出するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたアクティブパターンと、
前記アクティブパターンと一部重畳されながら、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記第1方向と直交する第2方向に延びるデータ配線と、
前記基板の前記パッド領域に位置して前記ゲート配線と同一な層で形成されたデータパッドを含み、
前記データ配線及び前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記データ配線を部分的に露出する第1ビアホールと部分的に露出された前記ゲートパッドを露出する第2ビアホールを含む有機保護膜パターンと、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記データ配線上に前記第1ビアホールを通じて前記データ配線と連結された画素電極と、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記第2ビアホールを通じて前記ゲート配線と連結されたパッド電極を含み、
前記第1ビアホール部位で前記データ配線は表面部にグルーブを形成する段差部を含み、
前記第2ビアホールの基底エッジで前記ゲート絶縁膜が前記有機保護膜パターンに比べて、前記第2ビアホールの内側に突出されており、
前記ゲートパッド及び前記データパッドは同一工程で露出されている液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。 - 前記データ配線の段差部は、前記第1ビアホールの側壁で前記有機保護膜パターンに比べて突出されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
- 前記データ配線は、前記アクティブパターンの第1領域と重畳される第1電極と前記アクティブパターンの前記第1領域と対向される第2領域と重畳される第2電極を含み、
前記第1ビアホールは、前記第1電極上に形成されたことを請求項1に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。 - 前記有機保護膜パターン上に前記画素電極と同一な層で形成され、前記データ配線の縁端上へ前記有機保護膜パターンに形成された第3ビアホールと、前記データパッド上に前記ゲート絶縁膜及び前記有機保護膜パターンにわたって形成された第4ビアホールを通じて前記データ配線の縁端と前記データパッドを連結させるブリッジ電極をさらに具備する請求項1に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
- 前記表示領域の前記有機保護膜パターンの表面に多数の凹凸が形成された請求項1に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
- 前記画素電極は透明電極と反射電極の二重層で形成された請求項1に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
- 前記パッド電極は、前記透明電極の単一層で形成された請求項6に記載の液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
- 表示領域及び前記表示領域の外郭に位置したパッド領域を含む基板上に形成され、前記表示領域内に形成されたゲート電極を含むゲートラインと、前記パッド領域に形成され、前記ゲートラインの縁端に連結されたゲートパッドを含み、第1方向に延びるゲート配線と、
前記ゲート配線及び前記基板上に形成され、前記ゲート配線を部分的に露出するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたアクティブパターンと、
前記アクティブパターンと一部重畳されながら、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記第1方向と直交する第2方向に延びるデータ配線と、
前記基板の前記パッド領域に位置して、前記ゲート配線と同一な層に形成されたデータパッドと、
前記データ配線及び前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記データ配線を部分的に露出する第1ビアホールと部分的に露出された前記ゲートパッドを露出する第2ビアホールを含む有機保護膜パターンと、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記データ配線上に前記第1ビアホールを通じて前記データ配線と連結された画素電極と、
前記有機保護膜パターン上に形成され、前記第2ビアホールを通じて前記ゲート配線と連結されたパッド電極を含み、
前記データ配線は、前記第1ビアホール基底で前記データ配線の表面部にグルーブを形成する段差部を具備しており、
前記ゲートパッド及び前記データパッドは同一工程で露出されている液晶表示装置用薄膜トランジスター基板。
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