JP5219362B2 - 液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は液晶表示装置の製造方法に関し、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(生産効率)を向上させると共に画質を向上させた液晶表示装置の製造方法に関する。
近年、情報ディスプレイに関する関心が高まり、携帯が可能な情報媒体の利用への要求が高まるにつれて、既存の表示装置であるブラウン管(CRT)を代替する軽量、薄型のフラットパネルディスプレイ(FPD)に関する研究及び商業化が重点的に行われている。特に、このようなフラットパネルディスプレイのうち、液晶表示装置(LCD)は、液晶の光学的異方性を利用して画像を表現する装置であって、解像度、カラー表示、及び画質などに優れており、ノートブックパソコンやデスクトップパソコンのモニタなどに盛んに適用されている。
液晶表示装置は、第1基板であるカラーフィルタ基板と、第2基板であるアレイ基板と、カラーフィルタ基板とアレイ基板との間に形成された液晶層とを含む。一般的に、液晶表示装置のスイッチング素子としては薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)を使用し、薄膜トランジスタのチャネル層としては非晶質シリコン薄膜を使用する。
液晶表示装置の製造工程においては、基本的に、薄膜トランジスタを含むアレイ基板の製造に複数のマスク工程(すなわち、フォトリソグラフィ工程)が必要であるため、生産性の面でマスク工程の数を減らすことが要求されている。
以下、一般的な液晶表示装置の構造について図8を参照して説明する。図8は一般的な液晶表示装置を概略的に示す分解斜視図である。図8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30とを含む。
カラーフィルタ基板5は、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーを実現する複数のサブカラーフィルタ7で構成されるカラーフィルタCと、サブカラーフィルタ7を区分して液晶層30を透過する光を遮断するブラックマトリクス6と、液晶層30に電圧を印加する透明な共通電極8とからなる。
また、アレイ基板10は、縦横に配列されて複数の画素領域Pを定義する複数のゲートライン16及びデータライン17と、ゲートライン16とデータライン17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Tと、各画素領域Pに形成された画素電極18とからなる。
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、画像表示領域の外郭に形成されたシーラント(図示せず)により対向して貼り合わせられて液晶表示パネルを構成し、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(attachment key、図示せず)を用いて行う。
図9A〜図9Eは、図8に示す液晶表示装置のアレイ基板製造工程を順次示す断面図である。まず、図9Aに示すように、フォトリソグラフィ工程(第1マスク工程)により、アレイ基板10上に導電性金属からなるゲート電極21を形成する。
次に、図9Bに示すように、ゲート電極21が形成されたアレイ基板10の全面に、第1絶縁膜15A、非晶質シリコン薄膜、及びn+非晶質シリコン薄膜を順次蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第2マスク工程)で非晶質シリコン薄膜とn+非晶質シリコン薄膜を選択的にパターニングすることにより、ゲート電極21上に非晶質シリコン薄膜からなるアクティブパターン24を形成する。ここで、アクティブパターン24上には、アクティブパターン24と同じ形状にパターニングされたn+非晶質シリコン薄膜パターン25が形成される。
次に、図9Cに示すように、アレイ基板10の全面に導電性金属を蒸着した後、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24の上部にソース電極22とドレイン電極23を形成する。ここで、アクティブパターン24上に形成されたn+非晶質シリコン薄膜パターン25は、第3マスク工程により所定領域が除去されて、アクティブパターン24とソース/ドレイン電極22、23との間でオーミックコンタクト層25’を形成する。
次に、図9Dに示すように、ソース電極22とドレイン電極23が形成されたアレイ基板10の全面に第2絶縁膜15Bを蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第4マスク工程)により第2絶縁膜15Bの一部領域を除去して、ドレイン電極23の一部を露出させるコンタクトホール40を形成する。
最後に、図9Eに示すように、アレイ基板10の全面に透明な導電性金属を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程(第5マスク工程)で選択的にパターニングすることにより、コンタクトホール40を介してドレイン電極23と電気的に接続する画素電極18を形成する。
このような薄膜トランジスタを含むアレイ基板の製造においては、前述したように、ゲート電極、アクティブパターン、ソース/ドレイン電極、コンタクトホール、及び画素電極などのパターニングに計5回のフォトリソグラフィ工程を必要とする。
前記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り、複数のフォトリソグラフィ工程は収率を低下させる。
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。
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、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の製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置の製造方法は、画素部とパッド部とに区分される第1基板、及び前記第1基板と対向して貼り合わせられる第2基板を準備するステップと、第1マスク工程により、前記第1基板の画素部にゲートライン及び前記ゲートラインの一部からなるゲート電極を形成し、前記ゲートラインの上部に非晶質シリコン薄膜パターン及びn+非晶質シリコン薄膜パターンを形成するステップと、前記第1マスク工程を通じて前記第1基板のパッド部にゲートパッドラインを形成すると共に、前記ゲートパッドラインの上にゲートパッド絶縁膜を形成するステップと、前記ゲート電極、前記ゲートライン、及び前記ゲートパッドラインの側面に、前記ゲート電極、前記ゲートライン、及び前記ゲートパッドラインを囲んで絶縁するサイドウォールを形成するステップと、第2マスク工程により、前記ゲートラインの上部に前記ゲートラインより幅が狭く前記非晶質シリコン薄膜パターンからなるアクティブパターン及びソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ゲートラインと交差して画素領域を定義するデータラインを形成するステップと、前記第2マスク工程を通じて前記第1基板のパッド部にデータパッドラインを形成するステップと、第3マスク工程により、前記画素部の画素領域に前記ドレイン電極と電気的に接続する画素電極を形成するステップと、前記第1基板と前記第2基板との間に液晶層を形成するステップと、を含み、前記第3マスク工程は、前記第1基板上に第2絶縁膜と第1感光膜を形成するステップと、回折マスクを利用して前記第1感光膜を露光、現像して、前記画素部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記画素部の第1領域と前記パッド部のゲートパッドラインとデータパッドライン上部の所定領域とを除いた第2領域に第2の厚さを有する第2感光膜パターンを形成するステップと、前記第1感光膜パターンと前記第2感光膜パターンをマスクにして、前記ゲートパッド絶縁膜と前記第2絶縁膜を選択的に除去することにより、前記ゲートパッドラインの所定領域を露出させる第1コンタクトホールを形成し、前記データパッドラインの所定領域を露出させる第2コンタクトホールを形成するステップと、前記第1感光膜パターンを除去すると共に前記第2感光膜パターンの一部を除去して、第3の厚さを有する第3感光膜パターンを形成するステップと、前記第3感光膜パターンをマスクにして前記第2絶縁膜を選択的に除去することにより、前記ドレイン電極の一部を露出させるステップと、前記第1基板上に透明な導電物質からなる第3導電膜を形成するステップと、前記第1基板上に第2感光膜を形成するステップと、前記第2感光膜の一部を除去して前記第2領域の第3導電膜を露出させるステップと、前記露出した第3導電膜を選択的に除去して、前記画素部の第1領域にその一部が前記露出したドレイン電極と接続する画素電極を形成し、前記パッド部に前記ゲートパッドラインと前記第1コンタクトホールを介して電気的に接続するゲートパッド電極を形成し、前記データパッドラインと前記第2コンタクトホールを介して電気的に接続するデータパッド電極を形成するステップとを含む。


本発明による液晶表示装置の製造方法は、第1マスク工程により、ゲート電極を形成すると共にアクティブパターンの線幅を決定し、第2マスク工程により、ソース電極とドレイン電極とアクティブパターンを形成し、第3マスク工程により、透明導電膜を選択的にエッチングして画素電極とパッド部電極を形成することにより、マスク数を減少させて製造工程を単純化し、製造コストを低減できるという効果がある。
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の形態を説明する。図1は本発明の一実施の形態による液晶表示装置のアレイ基板の一部を示す平面図であり、ゲートパッド部とデータパッド部とを含んで1つの画素を示す。実際のアレイ基板には、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、本発明の一実施の形態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とデータライン117が形成されている。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、前記画素領域内には、前記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。
また、アレイ基板110の縁部領域には、ゲートライン116とデータライン117にそれぞれ電気的に接続するゲートパッド電極126Pとデータパッド電極127Pが形成されており、外部の駆動回路部(図示せず)から印加された走査信号とデータ信号をそれぞれゲートライン116とデータライン117に伝達する。
すなわち、ゲートライン116とデータライン117は、前記駆動回路部側に延びてそれぞれゲートパッドライン116Pとデータパッドライン117Pを形成し、ゲートパッドライン116Pとデータパッドライン117Pには、これらにそれぞれ電気的に接続されたゲートパッド電極126Pとデータパッド電極127Pを介して、前記駆動回路部からそれぞれ走査信号とデータ信号が印加される。
前記薄膜トランジスタは、ゲートライン116の一部からなるゲート電極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、前記薄膜トランジスタは、ゲート電極121とソース/ドレイン電極122、123の絶縁のための第1絶縁膜(図示せず)と、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124A''とをさらに含む。
このように、本実施の形態のゲート電極121は、その上部にアクティブパターン124A''が位置するゲートライン116の一部からなり、ゲート電極121の上部に、アクティブパターン124A''とソース/ドレイン電極122、123が位置する。ここで、ソース電極122の一部は、データライン117に接続されてデータライン117の一部を構成し、ドレイン電極123の一部は、画素電極118側に延びて画素電極118の一部と直接電気的に接続する。
また、ゲートライン116の一部は、前記第1絶縁膜を介してその上部の画素電極118の一部と重なってストレージキャパシタCstを形成する。ストレージキャパシタCstは、液晶キャパシタに印加された電圧を次の信号が入るまで一定に維持する役割を果たす。すなわち、アレイ基板110の画素電極118は前記カラーフィルタ基板の共通電極と共に前記液晶キャパシタを構成するが、一般的に、前記液晶キャパシタに印加された電圧は次の信号が入るまで維持されずに漏洩してしまう。従って、印加された電圧を維持するためには、ストレージキャパシタCstを前記液晶キャパシタに接続して使用しなければならない。
このようなストレージキャパシタCstは、信号の維持以外にも、階調表示の安定、並びにフリッカ及び残像の減少などの効果を有する。
このように構成された本発明の一実施の形態による液晶表示装置のアレイ基板110は、第1マスク工程により、ゲート電極121を形成すると共にアクティブパターン124A''の線幅を決定し、第2マスク工程により、ソース/ドレイン電極122、123とアクティブパターン124A''を形成し、第3マスク工程により、透明導電膜を選択的にエッチングして画素電極118、パッド部電極(ゲートパッド電極126P及びデータパッド電極127P)を形成するなど、計3回のマスク工程により製造できる。
以下、このような本発明の一実施の形態による液晶表示装置のアレイ基板の製造工程をより詳細に説明する。図2A〜図2Cは、図1に示すアレイ基板の製造工程を順次示す断面図であり、左側には画素部のアレイ基板を製造する工程を示し、右側にはゲートパッド部(右から2つ目)とデータパッド部(最も右)のアレイ基板を製造する工程を示す。
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の画素部にゲート電極121とゲートライン116を形成し、ゲートパッド部にゲートパッドライン116Pを形成する。ここで、ゲート電極121は、前述したようにゲートライン116の一部からなるが、説明の便宜上、図においてはゲート電極121とゲートライン116とに異なる符号を付す。
また、ゲート電極121とゲートライン116の上部には、ゲート絶縁膜115A’、非晶質シリコン薄膜パターン124A’、及びn+非晶質シリコン薄膜パターン125A’が形成される。非晶質シリコン薄膜パターン124A’及びn+非晶質シリコン薄膜パターン125A’は、ゲート電極121より狭い所定の線幅を有し、ゲート電極121とゲートライン116を形成する過程で同一マスクを利用して形成する。前記所定の線幅に形成された非晶質シリコン薄膜パターン124A’は、後述する工程でアクティブパターンにパターニングされる。
このように、本実施の形態においては、回折露光を利用した1回のマスク工程(第1マスク工程)により、ゲート電極121とゲートライン116を形成すると共にアクティブパターンの線幅を決定するが、以下、前記第1マスク工程について図を参照して詳細に説明する。
図3A〜図3Eは図2Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図であり、図4A及び図4Bは本発明の一実施の形態によるサイドウォール形成方法を示す断面図である。
図3Aに示すように、アレイ基板110の全面に第1導電膜120、第1絶縁膜115A、非晶質シリコン薄膜124、及びn+非晶質シリコン薄膜125を順次蒸着する。ここで、第1導電膜120としては、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)などの低抵抗不透明導電物質を使用できる。
その後、アレイ基板110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170を形成した後、回折マスク180を利用して感光膜170に選択的に光を照射する。ここで、第1マスク工程に使用した回折マスク180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180を透過した光だけ感光膜170に照射される。
次に、回折マスク180を利用して露光された感光膜170を現像すると、図3B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〜第3感光膜パターン170A〜170C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n+非晶質シリコン薄膜125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170Aと第2感光膜パターン170Bは、スリット領域IIに形成された第3感光膜パターン170C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〜第3感光膜パターン170A〜170Cをマスクにして、その下部に形成された第1導電膜120、第1絶縁膜115A、非晶質シリコン薄膜124、及びn+非晶質シリコン薄膜125を選択的に除去すると、図3Cに示すように、アレイ基板110の画素部に第1導電膜120からなるゲート電極121とゲートライン116が形成されると共に、前記ゲートパッド部に第1導電膜120からなるゲートパッドライン116Pが形成される。
また、ゲート電極121とゲートライン116の上部には、それぞれ第1絶縁膜115A、非晶質シリコン薄膜124、及びn+非晶質シリコン薄膜125からなり、ゲート電極121及びゲートライン116と同じ形状にパターニングされた、ゲート絶縁膜115A’、第1非晶質シリコン薄膜パターン124A、及び第1n+非晶質シリコン薄膜パターン125Aが残る。また、ゲートパッドライン116Pの上部には、それぞれ第1絶縁膜115A、非晶質シリコン薄膜124、及びn+非晶質シリコン薄膜125からなり、ゲートパッドライン116Pと同じ形状にパターニングされた、ゲートパッド絶縁膜115A''、第2非晶質シリコン薄膜パターン124B、及び第2n+非晶質シリコン薄膜パターン125Bが残る。
次に、第1〜第3感光膜パターン170A〜170Cの一部を除去するアッシング工程を行うと、ゲートパッドライン116P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3感光膜パターン170Cが完全に除去されて、図3Dに示すように、第2n+非晶質シリコン薄膜パターン125Bの表面が露出する。
また、第1感光膜パターン170Aと第2感光膜パターン170Bは、第3感光膜パターン170Cの厚さだけ除去された第4感光膜パターン170A’と第5感光膜パターン170B’となり、遮断領域IIIに対応するゲート電極121とゲートライン116の上部にのみ残る。ここで、図に示すように、第4感光膜パターン170A’と第5感光膜パターン170B’は、前記アッシング工程により側面の一部が除去された形状になり得る。
次に、図3Eに示すように、残っている第4感光膜パターン170A’と第5感光膜パターン170B’をマスクにして、ゲート電極121とゲートライン116上部の第1非晶質シリコン薄膜パターン124A及び第1n+非晶質シリコン薄膜パターン125Aの一部を除去する。すなわち、前記画素部の第1非晶質シリコン薄膜パターン124A及び第1n+非晶質シリコン薄膜パターン125Aは、その側面の一部が除去されて第3非晶質シリコン薄膜パターン124A’と第3n+非晶質シリコン薄膜パターン125A’となり、ゲート電極121とゲートライン116の上部に残る。
また、前記ゲートパッド部の第2非晶質シリコン薄膜パターン124B及び第2n+非晶質シリコン薄膜パターン125Bは完全に除去されて、ゲートパッド絶縁膜115A''の表面が露出する。
次に、図4A及び図4Bに示すように、ゲート電極121、ゲートライン116、及びゲートパッドライン116Pが形成されたアレイ基板110の全面に所定の有機膜115Bをコーティングした後、アッシング工程によりその一部を除去することにより、ゲート電極121及びゲートライン116とゲートパッドライン116Pの側面を保護する第1サイドウォール115B’と第2サイドウォール115B''を形成する。すなわち、第1サイドウォール115B’と第2サイドウォール115B''は、前記ゲート配線(ゲート電極121、ゲートライン116、及びゲートパッドライン116P)の側面が外部に露出しないように絶縁して保護することにより、後述するデータ配線(ソース/ドレイン電極、データライン、及びデータパッドライン)の形成時、前記ゲート電極配線と前記データ配線が短絡しなくなる。
次に、図2Bに示すように、1回のマスク工程(第2マスク工程)により、ゲート電極121の上部にソース/ドレイン電極122、123を形成すると共に、前記第3非晶質シリコン薄膜パターンをパターニングして、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124A''を形成する。
ここで、前記第3n+非晶質シリコン薄膜パターンは、前記第2マスク工程によりパターニングされて、ソース/ドレイン電極122、123とアクティブパターン124A''をオーミックコンタクトするオーミックコンタクト層125A''を形成する。また、アレイ基板110のデータパッド部には、ソース/ドレイン電極122、123用導電物質からなるデータパッドライン117Pを形成する。
このように、本実施の形態においては、回折露光を利用した第2マスク工程により、ソース/ドレイン電極122、123とデータパッドライン117Pを形成すると共にアクティブパターン124A''を形成するが、以下、前記第2マスク工程について図を参照して詳細に説明する。
図5A〜図5Eは図2Bに示す第2マスク工程を具体的に示す断面図である。図5Aに示すように、アレイ基板110の全面に第2導電膜130と感光膜270を形成した後、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、第2マスク工程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5B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〜第4感光膜パターン270A〜270D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第2導電膜130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、第2感光膜パターン270B、及び第3感光膜パターン270Cは、スリット領域IIに形成された第4感光膜パターン270D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〜第4感光膜パターン270A〜270Dをマスクにして、その下部に形成された第2導電膜130、第3非晶質シリコン薄膜パターン124A’、及び第3n+非晶質シリコン薄膜パターン125A’を選択的にエッチングすると、図5Cに示すように、ゲート電極121の上部に第2導電膜130からなる画素部第2導電膜パターン130Aが形成されると共に、前記データパッド部に第2導電膜130からなるパッド部第2導電膜パターン130Bが形成される。
また、画素部第2導電膜パターン130Aの下部には、第3非晶質シリコン薄膜パターン124A’及び第3n+非晶質シリコン薄膜パターン125A’からなり、画素部第2導電膜パターン130Aと同じ形状にパターニングされたアクティブパターン124A''及び第4n+非晶質シリコン薄膜パターン125A''が残る。
次に、第1〜第4感光膜パターン270A〜270D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124A''の所定領域(チャネル領域)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4感光膜パターン270Dが完全に除去されて、図5Dに示すように、画素部第2導電膜パターン130Aの表面が露出する。
また、第1感光膜パターン270A〜第3感光膜パターン270Cは、第4感光膜パターン270Dの厚さだけ除去された第5感光膜パターン270A’〜第7感光膜パターン270C’となり、遮断領域IIIに対応するアクティブパターン124A''の所定領域(ソース/ドレイン領域)の上部とパッド部第2導電膜パターン130Bの上部にのみ残る。ここで、図に示すように、第5感光膜パターン270A’〜第7感光膜パターン270C’は、前記アッシング工程により側面の一部が除去された形状になり得る。
次に、図5Eに示すように、残っている第5感光膜パターン270A’〜第7感光膜パターン270C’をマスクにして、アクティブパターン124A''上部の第4n+非晶質シリコン薄膜パターン125A''及び画素部第2導電膜パターン130Aの一部をエッチングすると共に、前記データパッド部のパッド部第2導電膜パターン130Bの一部をエッチングする。すなわち、画素部第2導電膜パターン130Aは、第5感光膜パターン270A’及び第6感光膜パターン270B’の形状にパターニングされてソース/ドレイン電極122、123を形成し、前記パッド部第2導電膜パターン130Bは、第7感光膜パターン270C’の形状にパターニングされてデータパッドライン117Pを形成する。
また、前記画素部の第4n+非晶質シリコン薄膜パターン125A''は、ソース/ドレイン電極122、123の形状にパターニングされて、ソース/ドレイン電極122、123とアクティブパターン124A''のソース/ドレイン領域をオーミックコンタクトするオーミックコンタクト層125A'''を形成する。
次に、図2Cに示すように、1回のマスク工程(第3マスク工程)により、ドレイン電極123と電気的に接続する画素電極118を形成すると共に、ゲートパッドライン116P及びデータパッドライン117Pとそれぞれ電気的に接続して外部に露出するゲートパッド電極126P及びデータパッド電極127Pを形成する。
ここで、前記第3マスク工程は、第2絶縁膜をパターニングするとき、画素電極118が形成される画素領域にハーフトーンやスリットを利用した回折露光を利用して感光膜を薄く残す。その後、ゲートパッドライン116Pとデータパッドライン117Pの一部を露出させるパッド部オープンを行い、前記画素領域の感光膜をアッシング工程により除去して前記画素領域の第2絶縁膜を除去する。
また、前記画素領域に透明な導電物質で画素電極118を形成し、前記パッド部にゲートパッドライン116P及びデータパッドライン117Pとそれぞれ電気的に接続するゲートパッド電極126P及びデータパッド電極127Pを形成する。ここで、画素電極118、ゲートパッド電極126P、及びデータパッド電極127Pは、感光膜の表面処理とITO(Indium Tin Oxide)などの透明な導電物質の選択的結晶化を利用することにより、別途のマスク工程を行うことなく形成できるが、以下、前記第3マスク工程について図を参照して詳細に説明する。
図6A〜図6Iは図2Cに示す第3マスク工程の一例を具体的に示す断面図である。図6Aに示すように、アクティブパターン124A''、ソース電極122、及びドレイン電極123が形成されているアレイ基板110の全面に、第2絶縁膜115Cと感光性物質からなる第1感光膜370を形成した後、回折マスク380を利用して第1感光膜370に選択的に光を照射する。
ここで、第3マスク工程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を透過した光だけ第1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第1感光膜370を現像すると、図6B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〜第4感光膜パターン370A〜370E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、第1感光膜が完全に除去されて第2絶縁膜115C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370A〜第4感光膜パターン370Dは、スリット領域IIに形成された第5感光膜パターン370E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第1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〜第5感光膜パターン370A〜370Eをマスクにして、その下部に形成されたゲートパッド絶縁膜115A''とパッド部の第2絶縁膜115Cを選択的にエッチングすると、図6Cに示すように、パッド部のゲートパッドライン116Pとデータパッドライン117Pの一部を露出させる第1コンタクトホール160Aと第2コンタクトホール160Bが形成される。また、第2絶縁膜115Cがパターニングされて、前記画素部に画素部第2絶縁膜115C’が形成されると共に、前記パッド部にパッド部第2絶縁膜パターン115C''が形成される。
次に、第1〜第5感光膜パターン370A〜370Eの一部を除去するアッシング工程を行うと、前記画素部の所定領域、すなわち、回折露光が適用されたスリット領域IIの第5感光膜パターン370Eが完全に除去されて、図6Dに示すように、画素部第2絶縁膜115C’の表面が露出する。前記露出する画素部の所定領域は後で画素電極が形成される画素領域を意味する。
また、第1感光膜パターン370A〜第4感光膜パターン370Dは、第5感光膜パターン370Eの厚さだけ除去された第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’となり、遮断領域IIIに対応する所定領域にのみ残る。
その後、図6Eに示すように、残っている第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’をマスクにして、前記画素領域の画素部第2絶縁膜115C’を除去することにより、前記画素部に画素部第2絶縁膜パターン115C'''を形成する。ここで、画素部第2絶縁膜パターン115C'''は、ドレイン電極123の一方の側の上部の画素部第2絶縁膜115C’の一部が除去されるようにパターニングされてドレイン電極123の一部領域を外部に露出させる。
次に、図6Fに示すように、第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’が残っているアレイ基板110の全面に、透明な導電物質で第3導電膜140を形成する。
ここで、第3導電膜140は、画素電極とパッド部電極を構成するために、ITO又はIZO(Indium Zinc Oxide)などの透過率に優れた透明な導電物質を含む。ここで、第3導電膜140を蒸着する前に、プラズマ又は熱処理を施して第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’の表面を疎水化する工程を行うことができる。これは、第3導電膜140の表面が親水性であるため、第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’の表面を疎水化することにより、第3導電膜140と第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’間の界面状態を悪くして、後で第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’に接触する第3導電膜140だけ選択的に除去するために行う。
その後、第3導電膜140が形成されたアレイ基板110の全面に感光性物質からなる第2感光膜470を形成する。
次に、図6Gに示すように、第2感光膜470の一部を除去するアッシング工程を行うことにより、前記画素領域と前記パッド部の第1コンタクトホール領域及び第2コンタクトホール領域とを除いた領域で、第3導電膜140を外部に露出させる。ここで、前記アッシング工程によりその厚さの一部が除去された第10感光膜パターン470A〜第12感光膜パターン470Cは、前記画素領域と前記パッド部の第1コンタクトホール領域及び第2コンタクトホール領域との上部にのみ残る。
その後、約100〜200℃の温度で熱処理を施して第3導電膜140を結晶化すると、第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’に接触しない第3導電膜140だけ選択的に結晶化する。これは、有機物質からなる第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’の内部に存在するカーボンなどの元素により、第6感光膜パターン370A’〜第9感光膜パターン370D’に接触する第3導電膜140の結晶化が阻害されるためである。
その後、前記露出した非晶質状態の第3導電膜140だけ選択的に除去すると、図6H及び図6Iに示すように、前記画素領域に画素電極118が形成されると共に、前記パッド部の第1コンタクトホール領域及び第2コンタクトホール領域にゲートパッド電極126P及びデータパッド電極127Pが形成される。
ここで、ゲートパッド電極126Pはその下部のゲートパッドライン116Pと電気的に接続し、データパッド電極127Pはその下部のデータパッドライン117Pと電気的に接続する。
また、画素電極118は、その下部のドレイン電極123の一部と電気的に接続するが、このとき、画素電極118とドレイン電極123とは別途のコンタクトホールを介することなく直接接続する。
さらに、画素電極118の一部は、ゲートライン116の一部と重なるように形成されて、その下部の画素部第1絶縁膜115A’を介してゲートライン116と共にストレージキャパシタCst(図1参照)を形成する。
図7A〜図7Iは図2Cに示す第3マスク工程の他の例を具体的に示す断面図である。図7A〜図7Iに示す第3マスク工程の他の例は図6A〜図6Iに示す第3マスク工程の一例と類似している。ただし、図7A〜図7Iに示す第3マスク工程の他の例においては、図6A〜図6Iに示す第3マスク工程の一例とは異なり、図7A及び図7Bに示すように、回折マスク580が、データパッドライン117Pに対応する領域に、回折マスク580を利用して露光された感光膜570を現像したときに所定の厚さで感光膜パターン570Fが残るように光の一部を透過させるスリット領域IIが形成されるように構成されることを特徴とする。
これにより、図7Cに示すように、ゲートパッドライン116P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''が除去されるとき、データパッドライン117P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''は感光膜パターン570Fにより保護されて残る。
次に、図7Dに示すように、アッシング工程により感光膜パターン570Fを除去してデータパッドライン117P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''を露出させ、図7Eに示すように、データパッドライン117P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''を除去してデータパッドライン117Pを露出させる。すなわち、図7Eに示すように、データパッドライン117P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''と画素部第2絶縁膜115C’は同時に除去される。従って、図6D及び図6Eに示す第3マスク工程の一例とは異なり、図7D及び図7Eに示す第3マスク工程の他の例においては、データパッドライン117Pがオーバーエッチングから保護される。
特に、図6D及び図6Eによれば、画素部第2絶縁膜115C’が除去される前にデータパッドライン117P上部のパッド部第2絶縁膜パターン115C''が除去され、この場合は、画素部第2絶縁膜115C’を除去する過程で、露出したデータパッドライン117Pはエッチング工程が行われる。しかし、第3マスク工程の他の例においては、感光膜パターン570Fを形成することによって、データパッドライン117Pがオーバーエッチングから保護される。
また、オーバーエッチングからデータパッドライン117Pをさらに保護するために、第3マスク工程の他の例においては、第2導電膜130としてモリブデン(Mo)を使用して、データパッドライン117P(並びに、ソース電極及びドレイン電極)をモリブデンで形成できる。
図7F〜図7Iに示す工程以降の工程は図6F〜図6Iに示す工程と類似するので説明は省略する。前述した実施の形態においてはチャネル層として非晶質シリコン薄膜を利用した非晶質シリコン薄膜トランジスタを例に説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、チャネル層として多結晶シリコン薄膜を利用した多結晶シリコン薄膜トランジスタにも適用される。
また、本発明は、液晶表示装置だけでなく、薄膜トランジスタを利用して製造する他の表示装置、例えば、駆動トランジスタに有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diodes;OLED)が接続された有機ELディスプレイ装置にも利用される。
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、好ましい実施の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、前述した実施の形態によって定められるのではなく、特許請求の範囲とその均等物によって定められるべきである。
本発明の一実施の形態による液晶表示装置のアレイ基板の一部を示す平面図である。 図1に示すアレイ基板の製造工程を示す図1のIIIa−IIIa’、IIIb−IIIb、及びIIIc−IIIc線に沿った断面図である。 図2Aに続く工程の断面図である。 図2Bに続く工程の断面図である。 図2Aに示す第1マスク工程を具体的に示す断面図である。 図3Aに続く工程の断面図である。 図3Bに続く工程の断面図である。 図3Cに続く工程の断面図である。 図3Dに続く工程の断面図である。 本発明の一実施の形態によるサイドウォール形成方法を示す断面図である。 図4Aに続く工程の断面図である。 図2Bに示す第2マスク工程を具体的に示す断面図である。 図5Aに続く工程の断面図である。 図5Bに続く工程の断面図である。 図5Cに続く工程の断面図である。 図5Dに続く工程の断面図である。 図2Cに示す第3マスク工程の一例を具体的に示す断面図である。 図6Aに続く工程の断面図である。 図6Bに続く工程の断面図である。 図6Cに続く工程の断面図である。 図6Dに続く工程の断面図である。 図6Eに続く工程の断面図である。 図6Fに続く工程の断面図である。 図6Gに続く工程の断面図である。 図6Hに続く工程の断面図である。 図2Cに示す第3マスク工程の他の例を具体的に示す断面図である。 図7Aに続く工程の断面図である。 図7Bに続く工程の断面図である。 図7Cに続く工程の断面図である。 図7Dに続く工程の断面図である。 図7Eに続く工程の断面図である。 図7Fに続く工程の断面図である。 図7Gに続く工程の断面図である。 図7Hに続く断面図である。 一般的な液晶表示装置を概略的に示す分解斜視図である。 図8に示す液晶表示装置のアレイ基板製造工程を順次示す断面図である。 図9Aに続く工程の断面図である。 図9Bに続く工程の断面図である。 図9Cに続く工程の断面図である。 図9Dに続く工程の断面図である。
符号の説明
110 アレイ基板、116 ゲートライン、116P ゲートパッドライン、117 データライン、117P データパッドライン、118 画素電極、121 ゲート電極、122 ソース電極、123 ドレイン電極、124A'' アクティブパターン。

Claims (18)

  1. 画素部とパッド部とに区分される第1基板、及び前記第1基板と対向して貼り合わせられる第2基板を準備するステップと、
    第1マスク工程により、前記第1基板の画素部にゲートライン及び前記ゲートラインの一部からなるゲート電極を形成し、前記ゲートラインの上部に非晶質シリコン薄膜パターン及びn+非晶質シリコン薄膜パターンを形成するステップと、
    前記第1マスク工程を通じて前記第1基板のパッド部にゲートパッドラインを形成すると共に、前記ゲートパッドラインの上にゲートパッド絶縁膜を形成するステップと、
    前記ゲート電極、前記ゲートライン、及び前記ゲートパッドラインの側面に、前記ゲート電極、前記ゲートライン、及び前記ゲートパッドラインを囲んで絶縁するサイドウォールを形成するステップと、
    第2マスク工程により、前記ゲートラインの上部に前記ゲートラインより幅が狭く前記非晶質シリコン薄膜パターンからなるアクティブパターン及びソース電極及びドレイン電極を形成し、前記ゲートラインと交差して画素領域を定義するデータラインを形成するステップと、
    前記第2マスク工程を通じて前記第1基板のパッド部にデータパッドラインを形成するステップと、
    第3マスク工程により、前記画素部の画素領域に前記ドレイン電極と電気的に接続する画素電極を形成するステップと、
    前記第1基板と前記第2基板との間に液晶層を形成するステップと、
    を含み、
    前記第3マスク工程は、
    前記第1基板上に第2絶縁膜と第1感光膜を形成するステップと、
    回折マスクを利用して前記第1感光膜を露光、現像して、前記画素部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記画素部の第1領域と前記パッド部のゲートパッドラインとデータパッドライン上部の所定領域とを除いた第2領域に第2の厚さを有する第2感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第1感光膜パターンと前記第2感光膜パターンをマスクにして、前記ゲートパッド絶縁膜と前記第2絶縁膜を選択的に除去することにより、前記ゲートパッドラインの所定領域を露出させる第1コンタクトホールを形成し、前記データパッドラインの所定領域を露出させる第2コンタクトホールを形成するステップと、
    前記第1感光膜パターンを除去すると共に前記第2感光膜パターンの一部を除去して、第3の厚さを有する第3感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第3感光膜パターンをマスクにして前記第2絶縁膜を選択的に除去することにより、前記ドレイン電極の一部を露出させるステップと、
    前記第1基板上に透明な導電物質からなる第3導電膜を形成するステップと、
    前記第1基板上に第2感光膜を形成するステップと、
    前記第2感光膜の一部を除去して前記第2領域の第3導電膜を露出させるステップと、
    前記露出した第3導電膜を選択的に除去して、前記画素部の第1領域にその一部が前記露出したドレイン電極と接続する画素電極を形成し、前記パッド部に前記ゲートパッドラインと前記第1コンタクトホールを介して電気的に接続するゲートパッド電極を形成し、前記データパッドラインと前記第2コンタクトホールを介して電気的に接続するデータパッド電極を形成するステップと
    を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記第1マスク工程は、
    前記第1基板上に第1導電膜、第1絶縁膜、非晶質シリコン薄膜、及びn+非晶質シリコン薄膜を形成するステップと、
    前記画素部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記パッド部の第1領域に第2の厚さを有する第2感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第1感光膜パターンと前記第2感光膜パターンをマスクにして、前記第1導電膜、前記第1絶縁膜、前記非晶質シリコン薄膜、及び前記n+非晶質シリコン薄膜を選択的にエッチングすることにより、前記画素部の第1領域に前記第1導電膜からなるゲート電極とゲートラインを形成し、前記パッド部の第1領域に前記第1導電膜からなるゲートパッドラインを形成するステップと、
    前記ゲート電極と前記ゲートラインの上部に、前記第1絶縁膜、前記非晶質シリコン薄膜、及び前記n+非晶質シリコン薄膜からなるゲート絶縁膜、第1非晶質シリコン薄膜パターン、及び第1n+非晶質シリコン薄膜パターンを形成するステップと、
    前記ゲートパッドラインの上部に、前記第1絶縁膜、前記非晶質シリコン薄膜、及び前記n+非晶質シリコン薄膜からなる前記ゲートパッド絶縁膜、第2非晶質シリコン薄膜パターン、及び第2n+非晶質シリコン薄膜パターンを形成するステップと、
    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して、第3の厚さを有する第3感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第3感光膜パターンをマスクにして、前記ゲートパッドライン上部の前記第2非晶質シリコン薄膜パターン及び前記第2n+非晶質シリコン薄膜パターンを除去するステップと、
    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。
  3. 前記ゲート絶縁膜、前記第1非晶質シリコン薄膜パターン、及び前記第1n+非晶質シリコン薄膜パターンが、前記ゲートラインの形状にパターニングされることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 前記ゲートパッド絶縁膜、前記第2非晶質シリコン薄膜パターン、及び前記第2n+非晶質シリコン薄膜パターンが、前記ゲートパッドラインの形状にパターニングされることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  5. 前記第3感光膜パターンをマスクにして、前記第1非晶質シリコン薄膜パターン及び前記第1n+非晶質シリコン薄膜パターンを選択的にエッチングすることにより、前記第1非晶質シリコン薄膜パターン及び前記第1n+非晶質シリコン薄膜パターンより線幅の狭い第3非晶質シリコン薄膜パターン及び第3n+非晶質シリコン薄膜パターンを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  6. 前記第1感光膜パターンと前記第2感光膜パターンを形成するステップは、
    前記n+非晶質シリコン薄膜上に感光膜を形成するステップと、
    光を全て透過させる第1透過領域、光の一部だけ透過させる第2透過領域、及び光を遮断する遮断領域が設けられた回折マスクを利用して、前記感光膜に光を照射するステップと、
    前記回折マスクを利用して光が照射された感光膜を現像して前記n+非晶質シリコン薄膜上に感光膜パターンを形成するステップであって、前記ゲート電極と前記ゲートラインが形成される前記画素部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記ゲートパッドラインが形成される前記パッド部の第1領域に第2の厚さを有する第2感光膜パターンを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  7. 前記回折マスクの遮断領域が前記画素部の第1領域に適用され、前記回折マスクの第2透過領域が前記パッド部の第1領域に適用されることを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  8. 前記回折マスクは、光の一部だけ透過させる前記第2透過領域に回折パターンが形成されており、前記パッド部の第1領域に前記第1の厚さより薄い第2の厚さの第2感光膜パターンを形成することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法。
  9. 前記サイドウォールを有機膜で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。
  10. 前記第2マスク工程は、
    前記第1基板上に第2導電膜を形成するステップと、
    前記ゲート電極上部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記パッド部の第2領域に前記第1の厚さを有する第2感光膜パターンを形成し、前記ゲート電極上部の第2領域に第2の厚さを有する第3感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第1、第2、及び第3感光膜パターンをマスクにして、前記非晶質シリコン薄膜パターン、前記n+非晶質シリコン薄膜パターン、及び前記第2導電膜を選択的にエッチングすることにより、前記ゲート電極上部の第1領域に前記非晶質シリコン薄膜パターンからなるアクティブパターンを形成するステップと、
    前記ゲート電極上部の第1領域に前記第2導電膜からなる画素部第2導電膜パターンを形成するステップと、
    前記パッド部の第2領域に前記第2導電膜からなるパッド部第2導電膜パターンを形成するステップと、
    前記第3感光膜パターンを除去すると共に前記第1感光膜パターンと前記第2感光膜パターンの一部を除去して、第3の厚さを有する第4感光膜パターンと第5感光膜パターンを形成するステップと、
    前記第4感光膜パターンと前記第5感光膜パターンをマスクにして、前記画素部第2導電膜パターンを選択的にエッチングすることにより、前記アクティブパターンの上部にソース電極とドレイン電極を形成し、前記パッド部第2導電膜パターンを選択的にエッチングすることにより、前記パッド部の第2領域にデータパッドラインを形成するステップと、
    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。
  11. 前記画素部第2導電膜パターンが、前記アクティブパターンの形状にパターニングされることを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  12. 前記第1、第2、及び第3感光膜パターンを形成するステップは、
    前記第2導電膜上に感光膜を形成するステップと、
    光を全て透過させる第1透過領域、光の一部だけ透過させる第2透過領域、及び光を遮断する遮断領域が設けられた回折マスクを利用して、前記感光膜に光を照射するステップと、
    前記回折マスクを利用して光が照射された感光膜を現像して前記第2導電膜上に感光膜パターンを形成するステップであって、前記ソース電極と前記ドレイン電極が形成される前記ゲート電極上部の第1領域に第1の厚さを有する第1感光膜パターンを形成し、前記データパッドラインが形成される前記パッド部の第2領域に前記第1の厚さを有する第2感光膜パターンを形成し、前記アクティブパターンのチャネル領域を定義する前記ゲート電極上部の第2領域に第2の厚さを有する第3感光膜パターンを形成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置の製造方法。
  13. 前記回折マスクの遮断領域が前記ゲート電極上部の第1領域と前記パッド部の第2領域に適用され、前記回折マスクの第2透過領域が前記ゲート電極上部の第2領域に適用されることを特徴とする請求項12に記載の液晶表示装置の製造方法。
  14. 前記第3導電膜をITO又はIZOの透明な導電物質で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。
  15. 前記第3導電膜を蒸着する前にプラズマ処理又は熱処理を施して、前記第3感光膜パターンの表面を疎水化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。
  16. 前記第3導電膜を露出させた後に100〜200℃の温度で熱処理を施して、前記画素部の第1領域と前記第1コンタクトホール領域及び前記第2コンタクトホール領域に位置する第3導電膜だけ選択的に結晶化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。
  17. 前記データパッドラインが前記第1基板に接触することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置の製造方法。
  18. 前記データパッドラインが前記第1絶縁膜に接触しないことを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置の製造方法。
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