TW475270B - Liquid crystal display device and its manufacturing method - Google Patents

Description

475270 五、發明說明（1) - · 發明背景 1 ·發明領域 本發明係有關於使用一薄膜電晶體（TFT)製造的一種 液晶顯示裝置，例如一液晶投影機；且特別為了光閥改進 /主動矩陣式液晶顯示裝置之光遮蔽能力，其中藉由一 tf\完成一液晶切換。進一步，m|有關於一a種液晶 2 ·相關技術說明 近年來’當一顯示器用於掛壁式電視、投射式電視或 辦公室自動化（0A)應用，各種使用液晶面板的顯示組件已 經進步發展。於此等液晶面板之中，包括TFTs於液晶顯示 裝置中當作主動元件的一種主動矩陣式液晶顯示裝置，由 於它有益的性質，例如掃描線數目增加不會產生對比或反 應時間惡化，不但最有可能實現一高品質顯示裝置用於〇A 應用而且實現一顯示裝置用於高解析度電視。特別當應用 於一投射型具有液晶投射等等的液晶顯示器，提供輕易獲 得一大螢幕顯示器。 通常’於主動矩陣型液晶顯示器中，對於使用於液晶 投射器的一光閥，一小單元被一強光照明，接著藉由一對 應的TFT根據影像資料藉由打開關閉每一像素而控制通過 的光通過液晶開關’然後接著通過的光被一光學單元例如 一鏡頭等等而放大投射於影幕上等等。假若一TFT主動層 形成於複晶石夕（P S i )上’由於自光學系統，例如一鏡頭， 反射的光產生的光刺激未於入射光之直接作用下提及，關

a 第4頁 五、發明說明（2) 爍⑴lcker)。成ο』不問通，包括斑紋（streak)及閃 斟π t匕圖：不’於習知的主動矩陣式液晶顯示器中， Γ?:閑線7與資料線10係佈置成-矩陣形式， 銦錤、笠笺糸枓刺4、 乂1 T0( hdium Tin Oxide氧化 . 〕斗忒造供像素電極使用的透明電極1 8，形 ⑤於利用閘線與貝料線劃分的區域面積中；以及於閘線7 ”貢料線10交又的區域提供71^。第5圖係第4圖中包圍部 位的放大圖不，顯示一TFT組成面積。於一資料線ι〇上， 於貝料顯與m之間形成一接觸點} 6，以對於TFT之源極區 域提供信號。於ιτο與TFT之間經由另一接觸點17，與ιτ() 連接的一汲極電極8就是像素電極。於一電路部位（藉由閘 線覆蓋的部位）與源極汲極區域之間形成LDD(輕摻雜的汲 極）區域15。進一步，第6(a)圖與第6(b)圖係分別沿著 Vu與D-D Vu的剖面圖示。如圖中顯示的結構，於一透明 ^緣基底上，例如一玻璃基底丨等等，提供一底層光遮蔽 溥膜3设置於一底層絕緣薄膜2上，以及一黑矩陣丨2設置於 T F T之上。根據此設計，當入射光來自於一液晶層上面對 丁 F T的對立側基板時，黑矩陣1 2阻斷入射光以及底層光遮 蔽薄膜3阻斷來自光學系統的反射光。 如第6圖所示，於一些範例中，黑矩陣丨2形成於相同 基板’如同具有層間薄膜的TFT插入於彼此之間；以及於 其它範例中，黑矩陣形成於具有液晶層的了!77插入於彼此

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::::目丨：的f板t。於黑矩陣12形成於與TFT相對的基板 :“列：’黑矩陣12必須製造的比底層光遮蔽薄膜3大， f板,層，間對於一偏移提供1〇心的重疊誤差。這帶來 〜法形成足夠大的卩^ η率。

_結杲，本方法主要使用一黑矩陣當作一第二光遮蔽薄 =，形成於具有m的相同基底上。於此情形中，因為藉 充刀利用半導體元件製造步驟可以獲的一高度對準準確 陘/又有必要知1供如上所述的如此大的邊緣。然而，此方 法未注意此等二光遮蔽薄膜與TFT之間的位置關係，因此 於面板内經由漫射反射造成的光阻斷方法並不滿意。然 而，如第6(b)圖顯示的閘線構成區域，因為底層光遮蔽薄 膜3和黑矩陣依樣形成於那裡，可以充分地阻斷光。然 而’如第6 (a )圖顯示的沒有閘電極的區域中，或位於兩像 素電極之間的區域中，底層薄膜3與黑矩陣1 2兩者受限於 寬度以增加像素開口率。因此，由複晶矽製造且分離源極

-汲極的電路區域，其中此等電極與閘線並未重疊，換言 之，於LDD區域15，黑矩陣12與底層光遮蔽薄膜3的寬度調 節係垂直地形成，因此來自黑矩陣邊緣部位的入射光，不 會反射至底層光遮蔽薄模3之表面上。此量測無法有效地 阻斷自光學系統反射的光。通過整個底層光遮蔽薄膜3之 邊緣部位的反射光藉由於黑矩陣1 2、資料線1 〇、及底層光 遮蔽薄膜3之間的許多次反射可進入LDD區域15，接著產生 漏電流。因此，入射光或反射光的方向方量不單是如範例 顯示的平行於閘線方向。包括許多方向’因此即使位於在

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閘線之下電路區域上仍有入射地機會。 當自光學系統量測抗反射光時，於丨998年日本專利申 請案號第354845 號（Japanese Patent Applicati〇n 354845/1998)提出底層光遮蔽薄膜之末端部位製作成錐形 且規範底層光遮蔽薄膜與亦當作一資料線的極度光遮蔽^ 膜之間的位置關係。進一步，於1 9 99年日本專利申請案號 第109979 號（Japanese Patent Application 、〜

No.109979/1999)中，揭露一種結構，其中於電路長度 方向TFT的鄰近兩側面，假接觸孔洞形成於一底層光^ 薄膜上的一層間薄膜上，以及以金屬絲材料製作0的薄膜 成於假接點孔洞之策壁周圍，且因此防止像是反射光淮^ 電路或LDD區域。 #入 然而，此兩種方法各有各的作用，兩者需要一額 製造方法步驟以形成獨特的結構，以及明顯地留下一' ^ = 間用以進一步改進，特別從減少生產成本的觀點。二二 發明概要 本發明之一目的係提供一液晶顯示裝置，例如具 可能大的開口率的光閥’可以防止自光學系統反射的：$ 入電路中’不增加額外的製造方法步驟。 進 於上述光的問題中，本發明帶領進入經由資料線與愛 矩陣的多次反射物理過程，且當於TFT的主動層結構面、於、、、 中，貧料線形成具有與底層光遮蔽層相同的寬度時，貝 自光學系統反射光的入射機率變得非常小。 ％現 因此，本發明關於一種液晶顯示裝置，於一透明絕緣

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五、發明說明（5) 基底上’其具有： 一底層光遮蔽薄膜； ^ 一薄膜電晶體（TFT)，其中於底層光遮蔽薄膜上的層 間缚膜上形成以複晶碎材料製作的主動層、—閘極絕緣薄 膜以及連接至閘極線的一閘極電極； 一資料線，提供資料信號至TFT ; 一黑矩陣’形成於資料線上以阻斷入射光； 具有TFT之主動層形成於閘極線與資料線互相交叉的 區域，其中： 底層光遮蔽薄膜與資料線形成具有與主動層結構面積 大體相同的寬度。 進一步，本發明係關於一種製造液晶顯示裝置的方 法，其包括下列步驟：於一透明絕緣基底上按順序形成一 底層光遮蔽薄膜、一第一層間薄膜、當作一薄膜電晶體 (TFT)主動層的一複晶矽、一閘極絕緣薄膜、包括一閘極 電極部位的一閘線、一第二層間薄膜、一資料線、一第三 層間薄膜以及一黑矩陣；其中： 底層光遮蔽薄膜與資料線形成至少與主動層結構面積 大體相同的寬度。 於本發明中，藉由形成資料線與底層光遮蔽薄膜具有 大體與主動層結構面積相同的寬度，來自光學系統的反射 光之入射機率變得最小，因此降低獲得光學漏電流。進一 步’因為上述結構可藉由於形成資料線圖案時只改變光罩 圖案獲得，製造方法之步驟不會變得複雜，且因此町以避

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五、發明說明（6) 免關於形成光遮蔽結構增加成本。 較佳實施例說明 所述於驾知結構中，當底層光遮蔽薄膜與愛 ^ 度於主動層結構面積之鄰近區域變得較寬以增力π朵 時，資料線之寬度係形成大體…沒有^ 殊汉计用以如同光遮蔽薄膜製造資料線功能。 寺

^於本發明中，於TFT之主動層結構面積中研究集中 光學漏電流上超過資料線寬度之作用，結果發現當資、 寬度$幾乎與底層光遮蔽薄膜之寬度相等時，光學漏電产 變，最小。如第1圖所示，假若於TFT的主動層結構面積： 的資料線1 0係形成具有與底層光遮蔽薄膜相同的寬度，、 由資料線遮住，入射於黑矩陣上的反射光無法到達電路^ 分的LDD區域。於此方法中，可以獲得最小機率入射。告。 資料線寬度變得大於底層光遮蔽薄膜時，由於於資料線胃的 反射關於反射光的入射機率增加。另外一方面，當資料線 寬度變得小於底層光遮蔽薄膜時，由於黑矩陣上^反射關 於反射光的入射機率增加。因此，最好使底層光遮蔽薄^ 與資料線的寬度愈接近愈好。目前，利用金屬材料，例如 铭，形成的資料線，係不准許光穿透的一薄膜，因此無法 以自我校準的方式，利用底層光遮蔽薄膜當作光罩曝i圖 案。因此，光罩圖案之形成必然利用標準黃光微影法製 作，接著利用它當作一光罩，完成蝕刻在某些程度上^生 製造誤差。藉由現今技術水準，對於1 # m解析度的製造誤 差係幾乎於± 0 · 3 // m範圍内。一般而言，當資料線之寬度 475270 五、發明說明（7) ' --- ΐϊ小於(Λ有·值的誤差）而不是大於（具有I值的誤差） =層光遮蔽溥膜之寬度時，漫射反射光的作用變得較小。 這可以解釋如下。當反射於黑矩陣上的光通過資料^& 層光遮蔽薄膜短的部位時，光第一通過底層光遮蔽薄膜_ 列如以Wsj製作），與利用高反射率的應用鋁材料製作的 貧料線比較，底層光遮蔽薄膜具有稍微較低的反射率。 言之，進入資料線與底層光遮蔽薄膜之間的電路的入射^ 強度係依據光第一次通過的是資料線或底層光遮蔽薄膜。 ^此’假若誤差係大約s_05"mm〇3/zm之間的範圍内 時，的降低光學漏雷湳夕作 f。 於如此的光中，可以使用一種允許製程誤差的結構， :，始設計主動層結構面積中的資料線寬度小於底層光 蔽薄膜之寬度，例如大約〇. i # m，因此當資料線 底層光遮蔽薄膜時，即使誤差增加可以抑制機率。^此情 況中，相對於底層光遮蔽薄膜之寬度，資料線之真實寬^ 形^係控制於近似-〇·4 βπι至+ 0·2 範圍内。考慮上述二 盍範圍，下限只達到—〇· 5 am，寬度值可以謹慎地降低至 大約0.2 //m。於任何情況中，本發明於上述的tft之主動 層結構面積中設計底層光遮蔽薄膜與資料線之間不同的寬 度盡可能愈來愈小，並且無疑地，隨著生產技術進步直 的差異量將進一步減少。 ^ #於TFT之主動層結構面積中當底層光遮蔽薄膜之寬度 隨著形成於底層光遮蔽薄膜與當作通道的複晶矽層之間的

475270 五、發明說明（8) 層間絕緣薄膜厚度變化時，無法具體地規範，但是於通道 寬度方向TFT主動層之末端部位至底層光遮蔽薄膜之末端 部位之間的距離較佳為不小，最好不小於15 m。最大值可根據上述開口率作適當選擇。 至於底層光遮蔽薄膜之材料，可以充分阻斷反射 材料就可以使用。然而’於此例中，使用一導電材料: 如矽化鎢（tUngsten silicide簡稱WSi)，最好形成於1 面積之外邊，‘點，例如於基底之周圍且京尤此接點，、賴頁= 底層光遮蔽溥膜為一已知電& ’例如接二 TFT上的有害作用。 Λ使降低於 進一步，假若可以阻斷直接來自光源的入射 TFT之主動層結構面積充分視為黑矩陣之寬声。’於 黑矩陣變得較底層光遮蔽薄膜兩端寬大約〇】°以形成 構成黑矩陣的材料，一般最好使用金屬材料，。關於 懂，例如鋁。 馬了簡明易 參考範例，本發明將詳細說明如下。麸 等個別範例係為了說明的目的而非限制本ς :應明白此 伴隨圖示以說明本發明與習知技術，才目同：進：步， 同參考數字視為同一事物。 犯。卩分藉由相 範例1 如第1圖顯示的 -V 、、、口 1丹5儿％ 專巳1夕丨』甲。楚9， 2(f)圖係兩種剖面圖，說明本範例製造方法牛』圖至第 中的左邊係沿著第1圖的Α-Α，線U-A，剖面）的^心。於圖^ 以及右邊係沿著第!圖的β_β’線("，剖面）。：^圖(二圖

第11頁 475270 五、發明說明（9) ' 所示’第一，以S i 〇2等材料製造基本絕緣薄膜

(underlying insulating fiim)2 藉由LPCVD (Low-Pressure Chemical Vap〇r Deposition 低壓化學氣 象沉積）方法形成於一玻璃基底〗上。此基本薄膜係依薄膜 係防止來自玻璃基底的雜質混合，因此形成大約5〇〇11[1] 接著’一底層光遮蔽薄膜3形成於基本絕緣薄膜2上。 底層光遮蔽薄膜3本身可以任何可阻斷來自基底側的反射 光的材料形成。然而，因為於下一步驟執行退火以形成複 晶矽，使用可以耐熱的材料，例如ffSi。根據底層光遮蔽 薄膜3之厚度，假若以WSi形成，厚度不小於1〇〇nm即足以 提供光遮蔽作用，並且厚度不小於16〇ηπι更佳。然而對於 厚度的最=值不用明確地規範，可以適當的根據設計選 擇，一般最好厚度不超過大約5〇〇nm。因此，藉由濺鍍方 法（sputtering)形成大約175 nm厚度的薄膜。接著，薄膜 形成一既定的圖案，接著，因此藉由有名的黃光微影方法 完成執行曝光圖案，於TFT主動層結構面積中，於通道寬 ，方向中自主動層之中心，曝光圖案對於每一側邊具有寬 度2· 5 // in。 接著，如第2(b)圖所示，形成一第一層間薄膜4。例 wsxO2或相似材料係藉由PCVD (pUsma cVD電漿化學汽相 沉積）方法使用TE0S(Tetra-Ethyi-0rtho-Silicate)材料 :成。第-層間薄膜4之厚度最好不小於5〇〇nm，以防止底 層光遮蔽薄膜3對於TFT當作—後閘極。然而對於最大厚度

第12頁 475270 五、發明說明（ίο) 位具體的規範且可以根據設計適當地選擇，一般厚度大約 不超過2/zm。因此，第一層間薄膜形成厚度大約為丨^/。 接著，為了形成TFT之主動層，具有少量硼元素的一 非晶石夕（a-Si)藉由LPCVD方法形成厚度75nm。例如當成長 a-Si的時候，可以經由執行硼元素的汽相摻雜至一劑量， 於lx 1〇-17與5x l〇-nCffi3之間的範圍，形成具有少量硼元素 的a-Si結構物。以此方式形成的a — Si層接著以準分子雷射 利用400mj強度於室溫下照射，接著結晶，形成的複晶曰石夕5 當作主動層。進一步，如同第一閘極絕緣薄膜，s i % (未 顯示於圖中）藉由LPCVD方法成長厚度大約1〇nm。接著，完 成黃光微影與蝕刻步驟後，接著複晶矽與第一閘 膜的堆疊結構曝光成島狀。 缘寻 接著，為了形成源極-汲極區域，一光阻圖案形成於 第-閘極絕緣薄膜上，接著當作光罩使用，於加速電壓3〇 keV與劑量為3x 10+i5 at〇ms/cm2的條件下導入磷（p)。接 藉，？方法使用簡為材料，形成厚度約為9〇閲 的Si〇2溥胰當作一第二閘極絕緣薄膜（以下，上述第一 極絕J㈣與第二問極絕緣薄膜—同被當作間 6)。於此上方，形成厚度7〇咖的—n+單結晶石夕& u^-crystallme slliC0n 簡稱 Uc_n+Si)，當作包含閘極 電極的閘線7 ;接著經由丨!I ^ # 工土〆曰 我鐵方法形成厚度100nm的WSi， 兩者係曝光形成閘極電極與閘 線7當作-光罩，執行離；：圖案。進一步，使用閘 9( X . — 子植入以便形成LDD區域1 5 (如第 2⑷圖）。儘管，於本範例中’本發明並未限制先形成源

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、發明說明（11) 極二汲極結構再形成上述閘線結構。可以於形成閘線結構 之後，或於形成LDD區域結構之後，形成源極—汲極結°構 $ v 可以先形成LDD區域再形成閘線結構與閘極重最 結構，其中閘極電極之些許部位可以重疊於LDD區域。二 外’ LDD區域之結構本體對於本發明係非不可缺的，但最

一進步’如第2 ( d )圖所示，於形成汲極電極8後，以 Ϊ ^ ΐ 一層間薄膜4的相同方法，形成厚度約40〇nm的第-=3 Ϊ9 ;接著藉由已知的黃光微影方法形成用以連接 :極=的接，。進一步，經由濺鍍方法成長一金連二 10二鋁，以及經由乾蝕刻於金屬材料形成資料線 料線H中m源極區域的接點B直接連接著I 此源極電極可以連接彼此之間。進一步，明 (如盘V:雷不的結構，#中形成於閘極絕緣薄膜的汲極心 (/、源極電極）係透過接點與資料線連接。可以 毛 η一閑極絕緣薄膜的汲極區域;j- 膜 層 者 飾 n 一地’可以形成具有兩層結構的第二層』ί

:發明二形成於第一下層且資料線上形成於第二上 t發明亦可以使用其他不同結構。對於孰朵此 ΐ:脫離本發明之精神和範圍内，當“ 大舻盘二©於丁”之主動層結構面積施行曝光，因此可以 體/、底層光遮蔽層薄膜寬度彳 ^ ^ t # ^ ^ ^ t； T^F ； ^ ^ ^ c 右^1FT的主動層結構面積

第14頁 475270 五、發明說明（12) 中，經由施行乾蝕刻形成具有與底層光遮蔽薄膜相同寬度 的光罩’底層光遮蔽薄膜與資料線的寬度之間差異係於 • 3//m範圍内，就是如同上述的生產誤差範圍。進一 步，同時製作資料線結構之光罩寬度稍微較底層光遮蔽薄 膜之寬度窄；資料線之突出部位盡可能減少以便有利地運 作。接著，如第2 (e )圖所示，依序形成第三層間薄膜丨丨與 黑矩陣12。舉例而言，藉由PCVD方法自SiN形成厚度4〇〇nm 的第三層間薄膜11 ;接著以鋁形成厚度400nm的黑矩陣 12 °

緊接著，如第2 ( f )圖所示，使用樹脂材料，例如聚亞 胺（polyimide)，形成厚度0.5/zm的有機平面薄膜14 ;以 及經由乾触刻於IT0與TFT之間製作開闊的接點17';以及經 由錢鍵方法形成I TO電極1 8。最後，形成濺鍍的s i 〇2薄膜 當作一鈍態薄膜以及其它處理，例如實施末端蝕刻2 /背部 蝕刻等等，而因此完成TFT基底。進一步，經由已知的方 法放置基底與對立的基底在一起；接著於此 入液晶，完成製造一液晶面板。 +土底之間庄 比較範例1 如同範例1以相同方法製作另一種液晶面板，

料線的寬度從頭到尾設為固定值’就是於TFT的通道區域 中的貢料線寬度設定為自通道中心至兩侧的距離i 。 成產==1严得的液晶顯示裝置以及比較範例1，造 ϊ 的主|因子藍光照明⑨玻璃基底1側作 用（於反射先來自光學系統的假設下），接著量測隨著照明

475270 五、發明說明（13) 強度變化的漏電流。此結果顯示於第3圖中。 如同第3圖清晰可見，對於範例1 (本發明）的漏電流係 較比較範例1 (習知技術）小，證明本發明確實具有降低漏 電流之作用。

第16頁 475270 圖式簡單說明 圖示簡單說明 第1 ( a )圖係本發明之一個實施例之像素結構平面圖； 第1 (b)圖係沿著第1 (a)圖的A- A Vu獲得的一概要剖面 圖示； 第2 ( a)圖至第2 ( f )圖係兩種剖面圖示，說明本發明另 一實施例的液晶顯示裝置之製造方法步驟，其中一種係沿 著第1圖的A-A Vu獲得像素結構剖面圖示，以及另一種係 沿著B-B Vu ; 第3圖係顯示光學漏電流與藍色入射光強度之間的關 係圖； 第4圖係說明習知像素結構的平面圖； 第5圖係於第4圖顯示的像素結構之部分放大圖示； 第6 (a)圖係沿著第5圖的C-C Vu的像素結構剖面圖 示； 第6(b)圖係沿著D-D Vu的剖面圖示； 符號說明 1〜玻璃基底；2〜基本絕緣薄膜；3〜底層光遮蔽薄膜； 4〜第一層間薄膜；5〜複晶矽；6〜閘極絕緣薄膜；7〜閘線； 8〜汲極電極；9〜第二層間薄膜；1 0〜資料線；11〜第三層間 薄膜；12〜黑矩陣；14〜有機平面薄膜；15〜LDD區域；16〜 接觸點；1 7〜接點；1 8〜I TO電極。

Claims (1)

1. S修王/妓/說务 _案號89115480_%年ία月分曰 六、申請專利範圍 1 · 一種液晶顯示裝置，於一透明絕緣基底上，具有： 一底層光遮蔽薄膜； 一薄膜電晶體（TFT)，其中於一底層光遮蔽層上的層 間薄膜上方，依序形成複晶矽製作的一主動層、一閘極絕 緣薄膜、與閘線連接的一閘極電極； 一資料線’提供資料信號至上述TFT ;以及 一黑矩陣，形成於上述資料線上以便阻斷入射光； 具有TFT主動層形成於此區域，其中上述閘線與資料 線係彼此交又；其中： 底層光遮蔽薄膜與資料線係形成具有大體相等寬度， 至少於上述主動層結構面積。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示裝置，其中 於上述TFT之主動層結構面積中底層光遮蔽薄膜與資料線 之寬度之誤差為-0.5 //m至+ 0.3 //m。 3 ·如申請專利範圍第2項所述的液晶顯示裝置，其中 上述TFT之主動層結構面積中底層光遮蔽薄膜與資料線之 間寬度的誤差係於生產誤差範圍内。 4 ·如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示裝置，其中 於上述TFT之主動層結構面積中底層光遮蔽薄膜之寬度為 TFT主動層於通道寬度方向之末端部位與底層光遮蔽薄膜 之末端部位之間的距離不得少於1 · 〇 # m。 5 ·如申請專利範圍第1項所述的液晶顯示裝置，其中 上述底層光遮蔽薄膜係以導電材料形成，接著施加具有電 壓的一電位控制。

   第18頁 Ά 曰 一修正 MM 8911 B4sn 六、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第丨項所述的液曰 上述資料線與黑矩陣係以鋁基礎金屬材钭形V。置’其中 ，.一種液晶顯示裝置之製造方法，並 於一透明絕緣基底上，依序形成一麻、二ϋ 了列步驟 :第：二間f膜：“當作薄膜電晶體之：動層Hi晶 第-声；3 J緣薄ΐ、具有一閘極電極部位的-閘線、： 薄膜、一資料線、一第三層間薄膜以及一黑矩 綠孫ΐ ί於上述主動層結構面積中底層光遮蔽薄膜與資料 線係形成具有大體相等寬度。 、 、8·如申請專利範圍第7項所述的液晶顯示裝置之製造 =法，其中於上述主動層結構面積中，使用光罩完成資料 線之曝光圖案，曝光圖案具有與底層光遮蔽薄膜的面積上 具有相同寬度。 9 ·如申請專利範圍第7項所述的液晶顯示裝置之製造 方法’其中元成上述主動層結構面積中資料線的曝光圖案 當作光罩使用，於面積上藉由距離不超過02"^設定曝光 圖案具有的寬度小於底層光遮蔽薄膜之寬度。

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