(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数個の画素領域を定義するために縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ配線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジスタアレイを形成する工程と、
前記各薄膜トランジスタのドレイン電極にコンタクトホールを有するように基板全面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形成する工程と、
前記画素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選択的に光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程と、
前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを含めてなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前に、前記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記非晶質インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項３】
前記光はエキシマーレーザー又はＵＮ光源を含むことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項４】
前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこれらを混合した弱酸などのエッチング液により選択的に除去されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項５】
前記薄い蓚酸は１０％以下の濃度を有することを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング液は２％〜５％の濃度を有することを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング液の温度を６０℃以下にして前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングすることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項８】
基板上に複数個の画素領域を定義するために縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ配線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジスタアレイを形成する工程と、
前記基板上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形成する工程と、
前記画素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選択的に光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程と、
前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを含めてなることを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前に、前記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記非晶質インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光はエキシマーレーザー又はＵＮ光源を含むことを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】
前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこれらを混合した弱酸などのエッチング液により選択的に除去されることを特徴とする請求項８記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】
前記薄い蓚酸は１０％以下の濃度を有することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】
前記エッチング液は２％〜５％の濃度を有することを特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１４】
前記エッチング液の温度を６０℃以下にして前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングすることを特徴とする請求項１１記載の液晶表示素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示素子及びその製造方法に関し、特に保護膜上に蒸着された非晶質インジウム−スズ酸化物をエキシマーレーザー光にシルエット露光させて多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物に結晶化させ、残りの前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的にエッチングすることにより、画素電極を形成できる液晶表示素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
一般的に液晶表示装置は小型化、軽量化、薄型化が可能な表示装置として広く用いられている。このような液晶表示素子はコントラスト比が高く、階調表示や動画像表示に適合し、電力消費が小さいという長所のため、ＣＲＴ(ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ)の短所を克服できる代替手段として次第にその使用領域が拡大されている
【０００３】
かかる液晶表示素子の液晶パネルはゲート配線及びデータ配線により定義された画素領域に薄膜トランジスタ及び画素電極を備えた薄膜トランジスタ基板と、カラーフィルター層及び共通電極を備えたカラーフィルター基板と、前記両基板の間に介在する液晶層とからなる。
【０００４】
一般的に液晶表示素子は、電界生成電極が各々形成されている両基板を、両電極が形成されている面が対向するように配置し、両基板の間に液晶物質を注入したあと、両電極に電圧を印加して生成される電場により液晶分子を動かすことによって変化する光の透過率により画像を表現する装置である。
【０００５】
このような液晶表示装置は多様な形態からなり得るが、現在薄膜トランジスタと薄膜トランジスタに連結された画素電極がマトリクス方式に配列されたアクティブマトリクス液晶表示装置が解像度及び動画具現能力が優れていて一番注目されている。
【０００６】
かかる液晶表示装置は下部基板に画素電極が形成されており、上部基板に共通電極が形成されている構造であって、両電極の間にかかっている基板に垂直な方向の電場により液晶分子を駆動する方式である。
【０００７】
以下、液晶表示装置に対して添付の図面を参照しながら、具体的に説明する。図１ａは一般的な液晶表示素子の平面図であり、図１ｂは図１ａのI−I′線上の断面図である。
図１ａに示すように、これまでの液晶表示素子は、マトリックス形態の複数個の画素領域を定義するため、互いに直角な方向に配列される複数個のゲート線配線１及び複数個のデータ配線３と、前記各画素領域に形成される複数個の画素電極８と、前記ゲート配線１及びデータ配線３が交差する部分に形成されて前記ゲート配線１の信号に従って、スイッチングされて前記データ配線３の映像信号を前記各画素電極８に印加する複数個の薄膜トランジスタ７を含めて構成される。
【０００８】
ここで、前記ゲート配線１及びデータ配線３は抵抗の低いアルミニウム系金属化合物の半透明金属からなっており、前記画素電極８はインジウム−スズ酸化物のような透明金属からなっている。
【０００９】
このように構成された液晶表示素子の断面構成は、図１ｂに示すように、第１基板９上に一方向に形成されたゲート配線１と前記ゲート配線１から突出されるようにゲート電極２が形成され、前記ゲート配線１を含む基板全面にゲート絶縁膜１１が形成される。そして、前記ゲート電極２の上側のゲート絶縁膜１１の上に島状の半導体層１２が形成され、前記ゲート配線１と垂直した方向に前記ゲート絶縁膜１１の上にデータ配線３が形成される。この際、前記半導体層１２の両端に前記データ配線３から突出されたソース電極５ａと前記ソース電極５ａから一定距離だけ離隔されたドレイン電極５ｂが形成されてゲート電極配線１とデータ配線３とが交差する部分に薄膜トランジスタ７が形成される。
【００１０】
そして、前記ドレイン電極５ｂにコンタクトホールを有するように前記薄膜トランジスタ７を含む第１基板９全面にかけて保護膜１３が形成され、前記ドレイン電極５ｂとコンタクトホールとを通じて電気的に連結されるように前記保護膜１３の上の前記画素領域に画素電極８が形成される。
前記画素電極８を含む第１基板９の全面に液晶を規則的に配列するための第１配向膜１７ａが形成される。
【００１１】
また、第２基板１０には上述の画素領域を除いた部分(ゲート配線１、データ配線３及び薄膜トランジスタ７に相応する部分)の光を遮断するために、遮光膜１４が形成され、前記遮光膜１４の上の各画素領域に色相を具現するためのＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルター層１５が形成される。そして、前記第１基板９の画素電極８から電位差を有するための共通電極１６と前記共通電極１６の上に液晶の規則的な配列のための第２配向膜１７ｂが順次に形成される。
【００１２】
このように形成された前記第１基板９又は第２基板１０にスペーサー(図示せず)及びシール剤(図示せず)が形成されて一定空間を維持するように前記第１、第２基板９、１０が貼り合わせられ、前記両基板の間に液晶層２３が形成される。
【００１３】
このような構造の液晶表示素子の製造工程はシリコン半導体の製造工程と類似するため、基板上に薄膜を蒸着し、前記基板上に蒸着された薄膜をパターニングするためのフォトリソグラフィーによる一連の工程、即ち、フォトレジスタ（ＰＲ）塗布、ＵＶ露光、現像、薄膜のエッチング、ＰＲストリップ形成及び洗浄のような単位工程が成されるが、このような単位工程は前記薄膜の形成によって多数の反覆作業を要する。
【００１４】
図２ａないし２ｆは関連技術における液晶表示素子の製造工程の断面図である。
これまでの液晶表示素子の製造方法は、基板９の上に金属層を蒸着しパターニングしてゲート配線１及びゲート電極２を形成する。全面にゲート絶縁膜１１を蒸着し、全面に半導体層１２を蒸着し前記ゲート電極２の上側のみに島状に残るように選択的に除去して薄膜トランジスタの発生層を形成する。
【００１５】
全面に金属層を蒸着しパターニングしてデータ配線３及びソース／ドレイン電極５ａ、５ｂを形成する。そして、前記データ配線を含む基板の全面に保護膜１３を形成し、前記ドレイン電極５ｂの上側が露出されるように前記保護膜１３を選択的に除去して前記ドレイン電極５ｂにコンタクトホールを形成する。
【００１６】
前記コンタクトホールを通じて前記ドレイン電極５ｂに電気的に連結されるように前記保護膜１３の上に低温スパッタリング方法により非晶質インジウム−スズ酸化物８ａを形成する。
【００１７】
図２ｂのように、前記非晶質インジウム−スズ酸化物８ａの上に感光膜２０を塗布した後、ベーキングして硬化させる。
図２ｃのように、前記感光膜２０の上に、マスク２１を位置させ、紫外線２２を用いて感光膜２０をシルエット露光させる。
図２ｄのように、前記露光された前記感光膜２０を現像して露光された部分を除去する。
図２ｅのように、前記感光膜２０をマスクとして用いて前記非晶質インジウム−スズ酸化物８ａをエッチング液を用いてエッチングする。この時、前記非晶質インジウム−スズ酸化物８ａをエッチングするためのエッチング液として薄い蓚酸又は薄い塩酸を使用できる。
図２ｆのように、前記残っている前記感光膜２０をストリップし、基板を洗浄して画素領域に画素電極８を形成する。
【００１８】
以上のように、関連技術における液晶表示素子の製造方法は前記保護膜１３上に非晶質インジウム−スズ酸化物８ａ薄膜を蒸着し、前記非晶質インジウム−スズ酸化物８ａ薄膜を写真石版印刷法及びエッチング工程によりパターニングして画素電極８を形成する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまでの液晶表示素子の製造方法においては、次のような問題点があった。
【００２０】
第一に、画素電極の形成において、非晶質インジウム−スズ酸化物上に感光膜を塗布する工程と、感光膜を露光する工程及び前記感光膜を現像する工程と、前記現像された感光膜をマスクとして用いて前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングする工程と、前記感光膜をストリップし洗浄する工程とからなる写真石版印刷法を用いることによって、工程が複雑になると共に、パターン不良が発生し易くて長い製造時間を要するため、生産性が劣る。
【００２１】
第二に、これまでの液晶表示素子の製造方法は画素電極を写真石版印刷法で形成するための設備費及び維持保守費がかかるため生産性が劣る。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に光で露光して、多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物に変換させ、残りの前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的にエッチングして画素電極を形成することにより、工程を単純化させて生産性を向上させ得る液晶表示素子の製造方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の液晶表示素子の製造方法は、基板上に複数個の画素領域を定義するために縦横に並んでいる複数個のゲート配線及びデータ配線と複数個の薄膜トランジスタを備えた薄膜トランジスタアレイを形成する工程と、前記各薄膜トランジスタのドレイン電極にコンタクトホールを有するように基板全面に保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を形成する工程と、前記画素領域の前記非晶質インジウム−スズ酸化物に選択的に光を照射して、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程と、前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜を選択的に除去して画素電極を形成する工程とを含めてなることを特徴とする。
【００２４】
ここで、前記非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的に結晶化させる工程は、前記光を照射する前に、前記画素領域以外の部分を遮光できるマスクを前記非晶質インジウム−スズ酸化物上に位置させる工程をさらに含むことを特徴とする。
前記光はエキシマーレーザーまたはＵＮ光源を含むことを特徴とする。
【００２５】
前記結晶化しなかった前記非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜は薄い蓚酸、薄い塩酸またはこれらを混合した弱酸などのエッチング液により選択的に除去されることを特徴とする。
前記薄い蓚酸は１０％以下の濃度を有することを特徴する。
前記エッチング液の温度を６０℃以下にして前記非晶質インジウム−スズ酸化物をエッチングすることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造方法をより詳細に説明する。
【００２７】
図３ａ乃至図３ｄは本発明の一実施形態による液晶表示素子の製造工程を示す断面図である。
まず、図３ａに示したように、ガラスまたは石英基板１０９の上に、金属層を蒸着しパターニングしてゲート配線(図３ａ乃至図３ｃには図示せず、図１ａの１参照)及びゲート電極１０２を形成する。前記ゲート電極１０２を含む基板全面にゲート絶縁膜１１１と半導体層１１２を順次に蒸着し、前記ゲート電極１０２の上側のみに島状に残るように前記半導体層１１２を選択的に除去して薄膜トランジスタの活性層を形成する。
【００２８】
そして、前記基板全面に金属層を蒸着しパターニングしてデータ配線１０３及びソース／ドレイン電極１０５ａ、１０５ｂを形成する。前記データ配線を含む基板全面に保護膜１１３を形成し、前記ドレイン電極１０５ｂの上側が露出されるように前記保護膜１１３を選択的に除去して前記ドレイン電極１０５ｂにコンタクトホールを形成する。
【００２９】
前記コンタクトホールを通じてドレイン電極１０５ｂに電気的に連結されるように前記保護膜１３上に低温スパッタリング方法により非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを形成する。即ち、インジウム−スズ酸化物をターゲットとして用いてスパッタリングするとき、水(Ｈ２Ｏ)を添加したり前記ターゲットに少量の亜鉛(Ｚｎ)などを添加して蒸着するか、または低温成膜で前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを形成する。
【００３０】
図３ｂに示すように、前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａ上に画素電極を形成しない部分は、カバーされるようにマスク１２１を位置させ、光を前記露出された非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａに照射する。この際、光は前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを結晶化させ得るように充分なエネルギーと波長を有することを用い、前記光源としてはエキシマーレーザー１２２または前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを結晶化させ得るように充分なエネルギーと波長を有するＵＮ光源を利用できる。
このように、前記エキシマーレーザー１２２またはＵＮ光源を照射すると、前記エキシマーレーザー１２２またはＵＮ光源が照射された部分の非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａは結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂに結晶化される。
【００３１】
図３ｃに示すように、前記レーザーまたはＵＮ光源が照射されなかったため、結晶化しなかった部分の非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａをエッチング液を用いてエッチングする。
この際、前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａをエッチングするためのエッチング液として薄い蓚酸(１０％以下の濃度を有する)または薄い塩酸を用いる。一番好ましくは２％〜５％の濃度を有する蓚酸を用いる。
【００３２】
例えば、１０％の薄い蓚酸を用いて前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａと前記多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂのエッチング率を温度に従って比較すると、表１の通りである。
【表１】
0003844745.tif 000002
【００３３】
前記表１に示すように、薄い蓚酸は非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａに対して低い温度から高い温度までエッチング率が高いが、前記薄い蓚酸は多結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂを低い温度で殆どエッチングできず、また高い温度でもエッチング率が極めて低い。
【００３４】
また、共通点は前記薄い蓚酸の温度を高めるに伴って、エッチング率が増加することが分かる。この際、表１の資料をグラフに示すと、図４のように示すことができる。
即ち、薄い蓚酸を用いて常温で最大数百秒内に前記数百Å厚みの非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを完全にエッチングできる反面、前記多結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂは殆どエッチングできない。
【００３５】
結局、本発明の液晶表示素子の製造方法は画素電極を形成するために非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａをエキシマーレーザー１２２またはＵＮ光源に露光させて多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂに結晶化させ、前記エキシマーレーザー１２２またはＵＮ光源に露光されない非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを選択的にエッチングできる。
【００３６】
従って、本発明の液晶表示素子の製造方法は保護膜１１３上に形成された非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａと多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂとを薄い蓚酸または薄い塩酸のような弱酸で非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａのみを選択的にエッチングできるため、これまでの写真石版印刷法に比べて製造費用を減らし得るだけではなく、製造時間をも短縮できるため生産性を高めることができる。
【００３７】
上述のように、本発明の液晶表示素子の製造方法は保護膜１１３上に非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａ薄膜を蒸着し、前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａ薄膜にエキシマーレーザー１２２またはＵＮ光源を照射して非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを選択的に多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物１０８ｂに結晶化させ、薄い蓚酸または薄い塩酸のような弱酸を用いて残っている前記非晶質インジウム−スズ酸化物１０８ａを選択的にエッチングできるため、前記多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物からなる画素電極を容易に形成できる。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液晶表示素子の製造方法によれば、次のよう効果がある。
本発明の液晶表示素子の製造方法は蒸着された非晶質インジウム−スズ酸化物薄膜をエキシマーレーザーまたはＵＮ光源にシルエット露光させて多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物に結晶化させ、エッチング液を用いて残りの非晶質インジウム−スズ酸化物を選択的にエッチングして画素電極を形成することにより、これまでの写真石版印刷法に比べて簡単、かつ製造時間を短縮できるため、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】一般的な液晶表示素子の平面図である。
【図１ｂ】図１ａのI-I′線上の液晶表示素子の断面図である。
【図２ａ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図２ｂ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図２ｃ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図２ｄ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図２ｅ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図２ｆ】従来技術の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図３ａ】本発明の実施例の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図３ｂ】本発明の実施例の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図３ｃ】本発明の実施例の液晶表示素子の製造工程の断面図である。
【図４】本発明の非晶質インジウムスズ酸化物と結晶質インジウムスズ酸化物とのエッチング温度によるエッチング率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０２：ゲート電極
１０３：データ配線
１０５ａ：ソース電極
１０５ｂ：ドレイン電極
１０８ａ：非晶質インジウム−スズ酸化物
１０８ｂ：多結晶質または結晶質インジウム−スズ酸化物
１０９：基板
１１１：ゲート絶縁膜
１１２：半導体層
１１３：保護膜
１２１：マスク
１２２：エキシマーレーザー
【図１ａ】
0003844745.tif 000003
【図１ｂ】
0003844745.tif 000004
【図２ａ】
0003844745.tif 000005
【図２ｂ】
0003844745.tif 000006
【図２ｃ】
0003844745.tif 000007
【図２ｄ】
0003844745.tif 000008
【図２ｅ】
0003844745.tif 000009
【図２ｆ】
0003844745.tif 000010
【図３ａ】
0003844745.tif 000011
【図３ｂ】
0003844745.tif 000012
【図３ｃ】
0003844745.tif 000013
【図４】
0003844745.tif 000014