CN1683979A - 液晶显示装置的阵列基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示装置的阵列基板及其制造方法。提供一种LCD阵列基板，其包括基板以及在基板上依次形成的有源层、第一绝缘层和栅极。源极区和漏极区位于有源层的预定区域内，并且分别掺杂有杂质离子。第二绝缘层覆盖包括栅极的基板的整个表面。像素电极位于第二绝缘层上。第一和第二接触孔位于第一和第二绝缘层中，并且分别暴露出源极区和漏极区的一部分。源极的一部分通过第一接触孔接触源极区，漏极的第一部分接触漏极区，其第二部分接触像素电极。

Description

液晶显示装置的阵列基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示装置(LCD)的阵列基板，更具体地，涉及使用衍射曝光工艺制造的具有多晶硅薄膜晶体管(TFT)的LCD阵列基板，及其制造方法。
背景技术
到目前为止，在用于在屏幕上显示图像信息的显示装置中，阴极射线管(CRT)已经得到了最为广泛的使用。但是，由于与其显示面积相比较大的体积和重量，CRT存在很多不便之处。为此，开发出薄平板显示器，这种显示器可以在任何地方使用，因为它具有大的显示面积和非常薄的外形。平板显示器现在正在代替CRT。特别是，液晶显示器(LCD)比其它平板显示器表现出更高的分辨率，并且在显示运动图像时具有可以与CRT的显示质量相比的快的响应速度。
在工作中，LCD利用了光学各向异性和偏振现象。换句话说，液晶分子的排列方向可由人工施加到具有细长结构并定向排列的液晶分子上的电磁场控制。
人工控制排列方向的能力使得能够改变液晶分子的排列方向，并且可以调制由于光学各向异性而偏振的光。因此，通过施加电磁场，LCD能够显示图像信息。
有源矩阵液晶显示器包括多个薄膜晶体管(TFT)和与以矩阵结构排列的TFT相连的多个像素电极。有源矩阵LCD由于其高分辨率和出众的运动图像再现能力而得到广泛的应用。
LCD的基本元件是液晶板，现在将参考附图进行介绍。
图1是典型的LCD的局部分解透视图。通常，LCD 11包括上基板5和下基板22。上基板5包括黑底层6、包含红(R)、绿(G)和蓝(B)子滤色器的滤色器7、以及在滤色器7上形成的透明公共电极18。下基板22包括像素区(P)、在像素区(P)上形成的像素电极17、以及包括开关元件(T)的阵列互连线。在上基板5和下基板22之间，插入液晶层15。
在本领域中下基板22被称为“阵列基板”。在下基板22上，作为开关元件的多个薄膜晶体管以矩阵结构排列，并且选通线13和数据线15被形成为穿过上述多个薄膜晶体管。而且，像素区(P)由选通线13和数据线15的交叉图形限定。
在像素区(P)上形成的像素电极17由具有较高的光透射率的透明导电材料(例如，铟锡氧化物(ITO))制成。
当在像素电极17上的液晶层14的液晶分子根据通过薄膜晶体管施加的信号而排列时，如上所述构成的LCD 11显示图像。液晶分子的排列使得能够控制通过液晶层14的光量。
图2是现有技术的LCD阵列基板的某些像素的局部放大平面图。阵列基板采用p-Si TFT。换句话说，在LCD中采用的TFT根据作为有源沟道的半导体层的晶体状态被分为非晶硅(a-Si)TFT和多晶硅(p-Si)TFT。
在p-Si TFT中，由于TFT具有高的场效应迁移率，所以有利地提高了用于确定驱动像素数量的驱动电路的驱动频率，并且因此使得高清晰度能力成为可能。而且，在p-Si TFT中，由于可以减小对像素区充入的信号电压的充电时间，并由此降低了传送信号的失真，所以可以预期图像质量的提高。此外，由于p-Si TFT能够用低于10V的电压驱动，所以与具有较高驱动电压(大约25V)的a-Si TFT相比，还具有低功耗的优点。
参考图2，多个选通线111和多个正交的数据线112以矩阵结构排列，从而限定多个像素区(P)。
在数据线112与选通线111的交叉点，各TFT(T)包括半导体层116、栅极120、源极126和漏极128，并且像素电极134与TFT电连接。
半导体层116通过第一和第二半导体层接触孔122a和122b与源极126和漏极128电连接，漏极128通过漏极接触孔130与像素电极134电连接。
通过在基板上淀积非晶硅(a-Si)膜，并且使用激光退火来晶化所淀积的a-Si膜以形成多晶硅，从而形成半导体层116。
图3A到3G示意性地示出了用于得到图2的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图，其中剖面图沿图2的线I-I′截取。在图3A到3G所示的工艺中，使用采用了p-Si TFT的阵列基板，并且通过将掩模图形转印到形成有薄膜的基板上来形成各个图形。例如，使用包括光致抗蚀剂涂覆、掩模对准、通过掩模对光致抗蚀剂曝光、以及光致抗蚀剂显影的光刻工艺。
参考图3A，使用第一绝缘材料在绝缘基板1的整个表面上形成缓冲层30，然后使用第一掩模工艺在缓冲层30上形成多晶硅有源层32a。
通过在缓冲层30上淀积非晶硅层，对非晶硅层进行脱氢处理，并用热处理将非晶硅层晶化为多晶硅层，来形成有源层32a。
参考图3B，在图3A的工艺之后，依次淀积第二绝缘材料和第一金属膜，并用第二掩模工艺构图，以在有源层32a的中部形成栅绝缘层36和栅极38(在图3D和3E中示出)。
而且，为了在有源层32a中形成沟道区以及重掺杂的源极区和漏极区，用栅极38作为掩模对有源层32a的两个暴露的边缘进行离子掺杂。
参考图3C，在图3B的工艺之后，在得到的基板1的结构上用第三绝缘材料形成第一绝缘层40。
参考图3D，在图3C的工艺之后，淀积第三绝缘材料并利用第三掩模工艺对其进行构图，以形成具有部分地暴露出有源层32a的两个边缘的第一和第二欧姆接触孔46a和46b的第二绝缘层44。另选地，第一和第二绝缘层40和44可以作为一层形成。
在有源层32a的两个边缘，左边缘为与由随后的工艺形成的源极连接的源极区Ia，右边缘为与漏极连接的漏极区Ib。接着，用杂质离子对有源层32a的两个暴露边缘进行重掺杂，以形成欧姆接触层32b和32c。
接着，参考图3E，淀积第三金属膜，然后用第四掩模工艺对其进行构图，以形成漏极50和源极52。此时，漏极50通过第一欧姆接触孔(图3D的46a)与漏极区Ib的欧姆接触层32c连接，源极52通过第二欧姆接触孔(图3D的46b)与源极区Ia的欧姆接触层32b连接。
在该工艺中，所形成的TFT(T)包括半导体层32、栅极38以及源极和漏极52和50。栅极38与选通线(未示出)连接，源极52与数据线(未示出)连接。
接着，参考图3F，在图3E的工艺之后，在所得到的基板1的结构上淀积第四绝缘材料，然后用第五掩模工艺对其进行构图，以形成具有漏极接触孔56的第三绝缘层54。
接着，参考图3G，在所得到的基板1的包括漏极接触孔56的结构上淀积铟锡氧化物(ITO)透明导电层，然后用第六掩模工艺对其进行构图，以形成像素电极62。当TAB键合时，铟锡氧化物与金属形成低电阻接触。
如上所述，现有技术的LCD阵列基板用六个掩模步骤制造。
各掩模工艺代表了用于在基板上所形成的薄膜中形成所需要的图形的一系列工艺。每个掩模工艺将掩模图形转印到薄膜上，并且包括光致抗蚀剂涂覆、曝光以及显影等步骤。
随着掩模工艺的数量的增加，生产率下降，并且缺陷发生的可能性增加。而且，由于被设计用于形成图形的掩模非常昂贵，所以在阵列基板的制造中所用掩模数量的增加意味着LCD制造成本的增加。
发明内容
因此，本发明涉及基本消除了由于现有技术的限制和缺点引起的一个或更多个问题的LCD阵列基板及其制造方法。
根据本发明的实施例，提供一种包括一基板的LCD阵列基板。在基板上依次形成有源层、第一绝缘层和栅极。源极区和漏极区分别位于有源层的预定区域内，并且分别掺杂了杂质离子。第二绝缘层覆盖包括栅极的基板的整个表面。像素电极位于第二绝缘层上。第一和第二接触孔位于第一和第二绝缘层中，并且分别暴露出源极区和漏极区的一部分。源极的一部分通过第一接触孔接触源极区，漏极的第一部分接触漏极区，漏极的第二部分接触像素电极。
根据本发明的另一个方案，提供一种LCD阵列基板的制造方法。该方法包括在基板上依次形成有源层、第一绝缘层和栅极。通过在有源层的预定区域内注入杂质离子，在有源层的预定区域上分别形成源极区和漏极区。在包括栅极的基板的整个表面上形成第二绝缘层。在第二绝缘层上形成像素电极，通过去除覆盖在源极区和漏极区上的第一和第二绝缘层的一部分来形成第一和第二接触孔。所形成的源极的一部分通过第一接触孔接触源极区，所形成的漏极的第一部分接触漏极区，其第二部分接触像素电极。
根据本发明的又一个方案，提供一种LCD阵列基板的制造方法。该方法包括使用第一掩模工艺在基板上形成有源层，并且在基板上淀积第一绝缘层和第一金属层。使用第二掩模工艺对第一金属层进行构图以形成栅极。通过在有源层的预定区域内注入杂质离子，在有源层的预定区域上形成源极区和漏极区。在所得到的包括栅极的基板的整个表面上淀积第二绝缘层和透明导电膜。使用第三掩模工艺去除第一和第二绝缘层以及透明导电膜的一部分，以形成部分地暴露源极和漏极的第一和第二接触孔，以及像素电极。在基板上淀积第二金属层，并使用第四掩模工艺对其进行构图，以形成源极和漏极，使得源极通过第一接触孔连接到源极区，漏极通过第二接触孔连接到漏极区。
应当理解，本发明的上述总体介绍以及随后的详细介绍只是示例性的和说明性的，用于为权利要求书所述的本发明提供进一步的说明。
附图说明
为进一步理解本发明而提供的并且被引入作为本申请的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起说明本发明的原理。在附图中：
图1是现有技术的LCD的局部分解透视图；
图2是现有技术的LCD阵列基板的一些像素的局部放大平面图；
图3A到3G是示意性地示出了现有技术的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图；
图4A到4F是示意性地示出了根据本发明的实施例的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图；
图5A到5E是示例性地示出了在根据本发明的实施例的图4C中介绍的第三掩模工艺的剖面图；
图6是在根据本发明的实施例的LCD阵列基板的制造方法中所用衍射掩模的局部平面图；
图7A到7C是示出了由于在第三掩模工艺中的衍射曝光所引起的问题的剖面图；
图8A和8B是用于在衍射曝光后测量光致抗蚀剂膜的SEM显微照片；
图9A到9C是示意性地示出了根据本发明另一个实施例的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图；
图10是在根据本发明的第二实施例的LCD阵列基板的制造方法中所用衍射掩模的局部平面图；
图11是采用双栅极结构的LCD阵列基板的像素的放大平面图；
图12是在制造图11的LCD阵列基板的过程中所用衍射掩模的局部平面图；以及
图13A和13B是图12的选定部分的剖面图。
具体实施方式
现在参考显示出本发明的示例性实施例的附图来介绍本发明。
图4A到4F是示意性地示出了根据本发明的实施例的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图。把图4A到4F与图3A到3G进行比较，可以看出，与图3A到3G的现有技术相比，在本发明的实施例中所用的掩模的数量减少了。
参考图4A，制备透明绝缘基板400。然后，淀积薄多晶硅膜，随后用第一掩模工艺对其进行构图(未示出)，以形成有源层410。可以通过在基板上淀积薄非晶硅膜，然后晶化所淀积的非晶硅膜来形成有源层410。
可以通过以下各种方法淀积非晶硅膜，例如低压化学汽相淀积(LPCVD)或等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)。
可以通过固相晶化方法或受激准分子激光退火(ELA)方法进行非晶硅膜的晶化。ELA方法使用脉冲型激光束。
除了上述晶化方法，已经提出了连续横向固化(SLS)方法，并进行了广泛的研究。SLS方法横向生长晶粒，以大大增强晶化特性。
SLS方法表现出晶粒沿与液相硅和固相硅之间的边界相垂直的方向生长的趋势。例如，参看Robert S.Sposili，M.A.Crowder，and James S.Im，Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.452，956-957，1997。该方法适当地控制激光束的大小和照射范围，以便使晶粒横向生长至所希望的长度，从而增加硅晶粒的大小。
另选地，虽然没有在附图中示出，但是在形成有源层410之前，可以在基板上形成诸如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SixNy)的缓冲层。
缓冲层防止诸如Na等杂质在工艺期间(特别是，在晶化期间)渗入上层。
在非晶硅膜晶化之后，进行脱氢工艺，以减少在非晶硅膜中的氢原子的数量。
接着，参见图4B，在包含有源层410的基板400上依次淀积第一绝缘层420和第一金属层(未示出)。第一绝缘层420是栅绝缘层，由氧化硅或氮化硅制成。而且，金属层以Al、Mo和Cu的单层或Al和Mo的双层形成。然后用第二掩模工艺(未示出)对所淀积的金属层进行构图，以在有源层410上方形成栅极430。
接着，用栅极430作为注入掩模，将杂质离子注入有源层410，以分别在有源层410的两个边缘形成源极区410a和漏极区410b。
此时，有源层410的电特性随所注入杂质的导电类型而变化。例如，当注入的杂质为III族元素，例如，硼(B)时，有源层410用作P型TFT的元件，而当注入的杂质为V族元素，例如，磷(P)时，有源层410用作N型TFT的元件。
另选地，有源层410可以在源极区和漏极区的上表面具有轻掺杂的漏极(LDD)区。通过在有源层410中以与源极区和漏极区相比较低的浓度注入杂质离子来形成LDD区。
参考图4C，在形成源极区410a和漏极区410b之后，在所得到的包括栅极430的基板400的结构上依次淀积第二绝缘层440和透明导电层。然后用第三掩模工艺(未示出)对这些层进行构图，以形成暴露源极区410a的第一接触孔460、暴露漏极区410b的第二接触孔462以及像素电极450。
在第三掩模工艺中，因为第一接触孔460、第二接触孔462以及像素电极450最好在一个掩模工艺中形成，所以使用衍射掩模或半色调(half-tone)掩模。
根据本发明的实施例，衍射掩模具有狭缝结构，该狭缝结构具有对应于多个光透射区的多个狭缝区。穿过衍射掩模的狭缝区的透射光的量小于完全透射区的透光量。因此，当使用具有狭缝区和完全透射区的衍射掩模对光致抗蚀剂膜曝光时，狭缝区内剩下的光致抗蚀剂膜的厚度与完全透射区内剩下的光致抗蚀剂膜的厚度不同。
换句话说，当光致抗蚀剂膜是正型光致抗蚀剂时，暴露在穿过狭缝区照射的光中而形成的光致抗蚀剂膜的厚度大于暴露在穿过完全透射区照射的光中而形成的光致抗蚀剂膜的厚度。当光致抗蚀剂膜是负型时，暴露在穿过完全透射区照射的光中而形成的光致抗蚀剂膜的厚度大于暴露在穿过狭缝区照射的光中而形成的光致抗蚀剂膜的厚度。
在本发明的另一个实施例中，用半色调区代替衍射掩模的狭缝区，以获得相同的曝光效果。
具体地说，在本发明中，在垂直方向或水平方向连续排列多个衍射图形，即，多个衍射狭缝，以形成大尺寸屏栅(screen)。结果，通过一个掩模工艺可以同时形成接触孔和像素电极，这将通过图5A到5E详细介绍。
参考图4D，在用第三掩模工艺形成第一接触孔460、第二接触孔462以及像素电极450之后，在所得到的基板400的结构上淀积第二金属层(未示出)，例如，Mo或Mo合金(例如，MoTa、MoW)。
用第四掩模工艺(未示出)对所淀积的第二金属层进行构图，以形成源极470和漏极480。源极470通过第一接触孔460与源极区410a电连接。而且，漏极480具有通过第二接触孔462与漏极区410b电连接的一个边缘，其另一个边缘与像素电极450电连接。而且，源极470还连接到数据线(未示出)。
如上所述，本发明的LCD阵列基板用四个掩模工艺来制造。因此，与根据现有技术的阵列基板的制造方法相比，本实施例可以省略两个掩模工艺。由此，提高了生产率并降低了生产成本。
通过图4A到4D的过程，本发明可以形成透射型LCD，并且通过增加图4E和4F的过程，还可以兼具反射型LCD的功能。
即，如图4E所示，在包括源极和漏极470和480的基板400的整个表面上淀积第三绝缘层490，然后对其进行构图以形成第三接触孔492。第三接触孔492部分地暴露出漏极480，并且暴露出像素电极450的透射部分T。
接着，如图4F所示，在包括第三接触孔492的第三绝缘层490上淀积第二金属层，然后用增加的第六掩模工艺(未示出)对其进行构图以形成反射电极496，同时暴露出透射部分T。反射电极496通过第三接触孔492与漏极480电连接，并用作反射部分R。
图5A到5E是示出了在根据本发明的实施例的LCD阵列基板的制造方法中的示例性的第三掩模工艺的剖面图。
首先，如图5A所示，在所得到的包括半导体层500、第一绝缘层520和栅极530的基板500的结构上依次淀积第二绝缘层540和透明导电层552。随后，在透明导电层552上涂覆光致抗蚀剂膜570。在本实施例中，第二绝缘层540是由有机绝缘材料制成的平面化的膜。
接着，参考图5B，根据本发明的实施例，使用衍射掩模580对光致抗蚀剂膜570进行曝光。衍射掩模580包括部分地透射入射光的第一透射区A1、完全透射入射光的第二透射区A2和完全阻挡入射光的阻挡区A3。因此，入射光穿过衍射掩模的第一透射区A1和第二透射区A2照射在光致抗蚀剂膜570上。
接着，参考图5B和5C，曝光后的光致抗蚀剂膜570被显影，从而留下了第一透射区A1和阻挡区A3内的光致抗蚀剂膜，而去除了第二透射区A2内的光致抗蚀剂膜。虽然示例性地介绍了正型光致抗蚀剂膜，但是也可以使用负型光致抗蚀剂膜。
在光致抗蚀剂膜570被显影之后，对应于第一透射区A1形成第一光致抗蚀剂图形572，该第一光致抗蚀剂图形572比对应于阻挡区A3的第二光致抗蚀剂图形574要薄。
用第一和第二光致抗蚀剂图形572和574作为掩模，对透明导电层552和第二绝缘层540进行构图，从而形成第一接触孔560和第二接触孔562。
接着，参考图5D，在形成第一和第二接触孔560和562之后，用灰化工艺去除第一光致抗蚀剂图形572。还部分地去除第二光致抗蚀剂图形574，从而减小其厚度。
接着，参考图5E，用第二光致抗蚀剂图形574作为掩模，蚀刻暴露的导电层552，从而形成像素电极550。然后使用剥离剂(stripper)去除第二光致抗蚀剂图形574。
在上述第三掩模工艺中，通过使用衍射掩模580的一个掩模工艺来形成第一和第二接触孔560和562以及像素电极550。具体地说，除了形成第一和第二接触孔以及像素电极550的区域之外，各个采用衍射狭缝582的第一透射区A1遍及整个像素区，如图5B所示。为此目的，本发明利用能够进行大面积衍射的衍射掩模，这将在下面详细介绍。
虽然在上述实施例中介绍的工艺中第二绝缘层540为有机绝缘材料，但是，第二绝缘层也可以是无机材料。如在随后结合本发明的另一个实施例的介绍，当第二绝缘层为无机材料时，可能出现台阶覆盖问题。具体地说，因为无机材料被淀积为薄层，所以在与之前形成的金属层重叠的区域中无机膜可以变得非常薄。
图6是在根据本发明的实施例的LCD阵列基板的制造方法中所用衍射掩模的局部平面图。在图4C中介绍的第三掩模工艺中使用该衍射掩模，用于大尺寸屏栅。只显示出了该掩模的对应于一个单元像素区的部分。具体地说，图6的衍射掩模是设计用于正型光致抗蚀剂膜的衍射掩模，但是本发明并不限于此。
参考图5B和6，衍射掩模580包括用来形成接触孔的第二透射区A2和用来形成像素电极的阻挡区A3。而且，衍射掩模还包括具有连续排列的多个狭缝600并且面积较大的第一透射区A1。
在图6中，狭缝600沿行方向排列。另选地，狭缝600可以沿列方向或者以点的形式形成。
参考图5B到图5E，第二透射区A2完全透过入射光，从而形成了部分地暴露源极区和漏极区510a和510b的接触孔560和562。以衍射图形的形式形成第一透射区A1，以部分地透过入射光，从而只在阻挡区A3形成像素电极550。
如图6所示，第一透射区A1的衍射图形600包括多个用于部分地阻挡光的条600a和多个用于透过光的间隔600b。所设计的条600a或间隔600b的宽度范围可以是大约1.0μm到大约2.0μm，并且可以根据特定的曝光设备和工艺配方而变化。
虽然上述实施例显示并且介绍了第二绝缘层540由有机绝缘材料形成，第二绝缘层540也可以由无机绝缘材料形成。
在此情况下，应注意，当第二绝缘层540由无机绝缘材料形成时，第二绝缘层540形成得较薄，因此，当在第二绝缘层540下形成了金属层时，会造成台阶覆盖(step coverage)，即，与金属层厚度对应的高度差。
因此，当在衍射曝光区域的下方存在金属层时，照射光被金属反射，从而使在金属层上方的光致抗蚀剂膜不均匀，从而可能引起工艺缺陷。
图7A到7C是示出了在第三掩模工艺中的衍射曝光的缺陷的剖面图。
参考这些图，与图5A到5D的过程相比较，针对第二绝缘层由无机绝缘材料而不是有机绝缘材料形成的情况，对由在衍射曝光部分下方形成的金属层引起的缺陷进行说明。
参考图7A，在基板700上淀积第二绝缘层740和透明导电层752。基板700包括有源层710、第一绝缘层720、栅极730和在透明导电层752上的光致抗蚀剂膜770。在这种情况下，光通过衍射掩模780照射在光致抗蚀剂膜770上。
则，由于第二绝缘层740由无机绝缘材料形成，并且与有机绝缘材料相比非常薄，所以由于下面的金属层等而表现出高度差。
衍射掩模780包括用于部分地透过入射光的第一透射区A1、用于完全透过入射光的第二透射区A2和用于完全阻挡入射光的阻挡区A3。在所示结构中，形成栅极730的区域B与装置的其它部分相比存在高度差。
接着，使通过衍射掩模780曝光的光致抗蚀剂膜显影，以形成第一光致抗蚀剂图形772和第二光致抗蚀剂图形774。即，通过使光致抗蚀剂膜显影，光通过衍射掩模780的第一透射区和阻挡区照射的区域内的光致抗蚀剂膜得以保留，但光完全透射的第二透射区内的光致抗蚀剂膜被去除。
接着，参考图7B，通过使用第一和第二光致抗蚀剂图形772和774作为掩模，依次蚀刻暴露的透明导电层752和下面的第二绝缘层740，从而形成第一接触孔760和第二接触孔762。
此时，通过第一透射区A1形成的第一光致抗蚀剂图形772应当比由于阻挡区A3的存在而没有曝光的第二光致抗蚀剂图形774要薄。
而且，第一光致抗蚀剂图形772保持均匀的厚度从而防止随后的蚀刻工艺中的失败是很重要的。
但是，用来使光致抗蚀剂膜曝光的光被栅极730反射。因此，栅极730上剩下的光致抗蚀剂膜的厚度h1与区域A1外围的光致抗蚀剂膜的厚度h2不同。
因此，如图7C所示，当使用灰化工艺去除第一光致抗蚀剂图形772时，覆盖在栅极730上的光致抗蚀剂膜较薄的部分(部分C)和在光致抗蚀剂图形下面形成的导电层752也被去除了。这是由于第一光致抗蚀剂图形没有足够厚的均匀的厚度来阻止蚀刻对于下面金属的损害。
在图8A和8B的SEM显微照片中示出了光致抗蚀剂变薄的情况。
SEM显微照片用来测量衍射曝光之后的光致抗蚀剂膜。如图8A所示，当没有在光致抗蚀剂膜下面形成金属层时，光致抗蚀剂膜的厚度为0.86μm，但是当在光致抗蚀剂膜下面形成金属层时，光致抗蚀剂膜的厚度为0.23μm，显示出了相当明显的差别。
在本发明的第二实施例中，为了克服上述问题，在例如形成栅极的金属层区域的衍射曝光中，减小狭缝的宽度，以减少通过狭缝透过的光量，从而补偿光致抗蚀剂膜的反射变薄。
注意，第二实施例以LCD的第二绝缘层由薄无机绝缘材料制成为例子。
图9A到9C是示意性地示出了根据本发明另一个实施例的LCD阵列基板的工艺流程的剖面图。在图9A到9C所示的阵列基板的制造方法与图4中所示的基本相同，差别仅在于第三掩模工艺中狭缝的宽度是可控的。由此，该制造方法的说明将针对解决图7A到7C所述问题的工艺。
首先，参考图9A，在包括有源层910、第一绝缘层920、栅极930的基板900上淀积第二绝缘层940和透明导电层952。然后，在透明导电层952上涂覆光致抗蚀剂膜970。在这种情况下，光通过衍射掩模980照射在光致抗蚀剂膜970上。
这里，因为第二绝缘层940由无机绝缘材料制成，并且与有机绝缘材料相比非常薄，所以由于下面的金属层等而表现出高度差。
衍射掩模980包括用于部分地透过入射光的第一透射区A1和第三透射区A4、用于完全透过入射光的第二透射区A2和用于完全阻挡入射光的阻挡区A3。
如图9A所示，形成栅极930的区域D具有高度差。
本实施例的特征在于在第三透射区A4的预定部分A4b中的狭缝宽度比在第三透射区A4的预定部分A4a和第一透射区A1中的狭缝宽度要窄，从而补偿在覆盖栅极930的部分引起光致抗蚀剂膜的厚度减小的栅极930反射。
换句话说，正常的第一透射区A1和第三透射区的两端A4a中的狭缝宽度最好为大约1.2μm，而第三透射区的部分A4b中的狭缝宽度最好为大约1.0μm。
因此，通过减小第三透射区A4的部分A4b中的狭缝宽度，减少了用于光致抗蚀剂膜曝光的光量，从而栅极930上方的光致抗蚀剂膜由于反射而变薄的量减小了。
虽然在本实施例中以正型光致抗蚀剂膜作为例子进行了介绍，但是也可以使用负型光致抗蚀剂膜。
接着，参考图9B，使通过衍射掩模980曝光的光致抗蚀剂膜显影，以形成第一光致抗蚀剂图形972和第二光致抗蚀剂图形974。即，通过使光致抗蚀剂膜显影，在光通过衍射掩模980的第一透射区A1、第三透射区A4和阻挡区照射的区域留下光致抗蚀剂膜，但在光完全透射的第二透射区A2的光致抗蚀剂膜被去除。
用第一和第二光致抗蚀剂图形972和974作为掩模，依次蚀刻暴露的透明导电层952和下面的第二绝缘层940，从而形成第一接触孔960和第二接触孔962。
如图9B所示，通过第一透射区A1形成的第一光致抗蚀剂图形972比由通过阻挡区A3形成的第二光致抗蚀剂图形974要薄。而且，通过用狭缝图形进行衍射曝光，从而第三透射区A4具有不同的宽度，由此第一光致抗蚀剂图形972可以保持均匀的厚度。
换句话说，由于第三透射区A4具有狭缝宽度较窄的部分A4b和狭缝宽度较宽的部分A4a，减小了在形成栅极的区域中的衍射掩模的狭缝宽度，以减小通过衍射掩模的相应区域的透射光量。通过补偿栅极930反射的光和栅极930的高度，留在栅极930上方的光致抗蚀剂膜的厚度h3与栅极930周围区域内的光致抗蚀剂膜的厚度h3基本相同。
因此，如图9C所示，当使用灰化工艺去除第一光致抗蚀剂图形972时，第一光致抗蚀剂图形972的更均匀的厚度可以克服参考图8C所述的工艺失败。而且，在灰化工艺之后，在对应的阻挡区A3剩下了第二光致抗蚀剂图形974的一部分975。
在上述第三掩模工艺中，通过一个掩模工艺形成接触孔和像素电极。但是，在本实施例中，除了形成接触孔和像素电极的区域之外，采用具有较小狭缝宽度的衍射狭缝的区域遍及像素区的整个区域。为此目的，本发明利用能够进行大面积衍射的衍射掩模，这将在下面详细介绍。
图10是用在LCD阵列基板的制造方法中的大尺寸屏栅的衍射掩模的局部平面图。具体地说，所示掩模用在根据本发明的另一个实施例的第三掩模工艺中，并且在图10中只显示出了该掩模的对应于单元像素区的部分。
具体地说，图10的衍射掩模被设计用于正型光致抗蚀剂膜，但是本发明并不限于此。
参考图9和10，衍射掩模包括用来形成接触孔的第二透射区A2和用来形成像素电极的阻挡区A3。而且，衍射掩模还包括具有在大面积上连续排列的多个狭缝1000的第一透射区A1和第三透射区A4。
图10的衍射掩模的特征在于狭缝1000并不都以固定的间距排列，而是在形成金属层(例如，栅极930)的区域E(第三透射区A4)以较小的宽度排列。
而且，在图10中，狭缝1000沿行方向排列。另选地，狭缝1000可以沿列方向或者以点的形式形成。
参考图10，第二透射区A2完全透过入射光，从而形成部分地暴露源极区和漏极区的接触孔960和962。以衍射图形的方式形成第一透射区A1，以部分地透过入射光，从而只在阻挡区A3形成像素电极950。
如图10所示，具有第一透射区A1和第三透射区A4的衍射图形包括多个用于部分地阻挡光的条1000a和多个用于透过光的间隔1000b。间隔1000b的宽度范围最好为大约1.0μm到大约2.0μm，并且可以根据特定的曝光设备和工艺配方而变化。
如上所述，间隔1000b之间的间距，即，在第三透射区A4中的狭缝的宽度，可以与除第三透射区A4以外的其它区域中的间隔之间的间距不同。
换句话说，在形成金属层的区域A4b，狭缝的宽度变窄，在没有形成金属层的区域A4a，狭缝的宽度较宽。
作为一个例子，形成金属层的区域中的狭缝宽度最好设计为大约1.0μm，而第一透射区A1的第一部分A1中的狭缝宽度最好设计为大约1.2μm。
虽然图9的示例性实施例显示和介绍的金属层为栅极，但是本发明不必限于该金属层。即，本领域的技术人员应当理解，本发明可以用于光致抗蚀剂膜下方的层不是金属但由于该层的高度差会引起光致抗蚀剂膜的厚度差的情况。
而且，本发明可以用在具有双栅极结构的LCD阵列基板上。在具有双栅极结构的LCD阵列基板的制造方法中，所设计的衍射掩模具有包含窄宽度狭缝的区域，以对应于形成金属层(例如，栅极)的区域。
图11是采用双栅极结构的LCD阵列基板的像素的放大平面图。参考图11，选通线1115和数据线1103彼此垂直交叉排列，在选通线1115和数据线1103的交叉区域处形成具有双栅极的薄膜晶体管(TFT)。
TFT包括有源层1111、栅极1115a和1115a′以及源极和漏极1119a和1119b。
有源层1111的一部分形成存储电容器的下电极1111′，下电极1111′与在下电极1111′上形成的上电极1112一起形成存储电容器Cst。
栅极包括从选通线1115分支的第一栅极1115a，以及对应于与有源层1111重叠的部分选通线1115的第二栅极1115a′。
源极1119a从数据线1103分支，并且通过第一接触孔1117a与源极区1111a电连接。漏极1119b的一端通过第二接触孔1117b与漏极区1111b连接，另一端与像素电极连接，即，同时与在透射区T上形成的透射电极和在反射区R上形成的反射电极连接。
在上述阵列基板中，当具有高电压电平的选通信号施加在栅极上时，在有源层中形成作为电子迁移通道的沟道，由此源极的数据信号通过有源层传送到漏极。
当选通信号施加到栅极上时，存储电容器充入数据电压，然后当驱动下一个选通线并将数据电压施加到像素电极上时放电，以防止像素电极的电压变化。
相应地，当具有低电压电平的选通信号施加在栅极上时，切断在有源层中形成的沟道，停止向漏极传送信号。在LCD中使用双栅极可以减小选通信号切断时产生的泄漏电流。
双栅极可以应用于只在像素区形成透射电极的透射型LCD或者只在像素区形成反射电极的反射型LCD中。
如图4到图10中描述的本实施例的特征是，在形成具有双栅极的LCD阵列基板时，使用一个掩模同时形成接触孔117a和117b以及像素电极。
而且，本实施例的特征在于，在进行衍射曝光时，使形成金属层(例如，栅极)的区域的衍射狭缝的宽度比没有形成金属层的区域的窄，从而均匀地控制光致抗蚀剂膜的厚度。
图12是在制造图11的LCD阵列基板时所用衍射掩模的局部平面图，并且显示出在第三掩模工艺中所用的大尺寸衍射掩模。具体地说，图12示出了对应于单元像素区的衍射掩模区域。虽然图12显示并介绍了被设计用于正型光致抗蚀剂膜的衍射掩模，但是其应用并不仅限于正型光致抗蚀剂膜。
参考图11和12，衍射掩模包括用来形成接触孔的第二透射区A2和用来形成像素电极的阻挡区A3等等。而且，衍射掩模还包括具有连续排列的大面积的多个狭缝1200的第一透射区A1和第三透射区A4。
图12的衍射掩模的特征在于，狭缝1200并不都以固定的间距排列，而是在对应于形成金属层(例如，栅极或选通线)的区域的第三透射区A4，狭缝1200以较小的间隔宽度排列。而且，在图12中，狭缝1200沿行方向排列。另选地，狭缝1200可以沿列方向或者以点的形式形成。
第二透射区A2完全透过入射光，从而形成部分地暴露源极区和漏极区的接触孔。以衍射图形的方式形成第一透射区A1和第三透射区A4，以部分地透过入射光，从而只在阻挡区A3形成像素电极。
具有第一透射区A1和第三透射区A4的衍射图形包括部分地阻挡光的条1200a和透过光的间隔1200b。间隔1200b的宽度范围最好为大约1.0μm到大约2.0μm，并且可以根据特定的曝光设备和配方而变化。
如上所述，在第三透射区A4中，间隔1200b之间的间距，即，狭缝的宽度，不是固定的，换句话说，在形成金属层的区域，使狭缝的宽度较窄，而在没有形成金属层的区域，使狭缝的宽度较宽。
作为一个例子，形成金属层的区域中的狭缝宽度最好为大约1.0μm，而第一透射区A1的第一部分A1中的狭缝宽度最好设计为大约1.2μm。
图13A和13B是图12的选定部分的剖面图。图13A示出了沿图12的剖面线II-II′的剖面图，图13B示出了沿图12的剖面线III-III′的剖面图。
图13A和13B示出了使用正型光致抗蚀剂膜的本发明的实施例。在图13A和13B的介绍中，只要有可能，与图9A到9C相同的标号将用来表示相同或类似的部件，并省略其重复的详细介绍。
参考图13A，光完全透过第二透射区A2，使光致抗蚀剂膜曝光，从而通过显影工艺完全去除曝光的光致抗蚀剂膜。因为当光通过第一透射区A1时被衍射，所以对应于第一透射区A1的光致抗蚀剂膜仅部分地被显影工艺去除。而且，因为衍射掩模的阻挡区A3阻挡光，所以对应于阻挡区A3的光致抗蚀剂膜没有曝光，因此也不会被显影工艺去除。
在本实施例中，在第一透射区A1形成的狭缝没有全部以固定的间距形成，如图13B所示。换句话说，在图13B所示的衍射掩模的特征在于，在形成金属层(例如，栅极或选通线)的区域F的狭缝以较小的宽度排列，从而均匀地控制光致抗蚀剂膜的厚度。
如果第一透射区的所有狭缝以相等的间距形成，用来曝光光致抗蚀剂膜的光被金属层(例如，栅极)反射，在栅极上留下的光致抗蚀剂膜的厚度h1与周围的光致抗蚀剂膜的厚度h2不同，如上面参考图7A到7C的介绍。
为了解决上述问题，在形成金属层的区域A4的狭缝的宽度变窄，如图13B所示。如上所述，根据LCD的阵列基板及其制造方法，用一个掩模工艺形成暴露TFT的漏极区和像素电极的接触孔，从而简化制造工艺并提高生产率。而且，提供具有狭缝的大尺寸衍射掩模，其中根据衍射曝光部分下面是否存在金属层来控制狭缝的宽度，从而在衍射曝光期间控制光致抗蚀剂膜的厚度。
对于本领域的技术人员来说，显然在本发明中可以进行各种修改和变化。因此，本发明试图覆盖落入附带的权利要求书及其等价物的范围内的本发明的修改和变化。
优先权声明
本申请要求2004年4月12日申请的韩国专利申请No.24856/2004的优先权，通过引用将其公开内容并入本文中。

Claims (34)

1、一种LCD的阵列基板，包括：
基板；
基板上的有源层，覆盖在有源层上的第一绝缘层，和覆盖在第一绝缘层上的栅极；
位于有源层的预定区域中的源极区和漏极区，二者都掺杂了杂质离子；
覆盖在包括栅极的基板的整个表面上的第二绝缘层；
第二绝缘层上的像素电极；
第一和第二绝缘层中的第一和第二接触孔，分别暴露出源极区和漏极区的一部分；
源极，其一部分通过第一接触孔接触源极区；以及
漏极，其第一部分接触漏极区，其第二部分接触像素电极。
2、根据权利要求1的阵列基板，其中有源层包括多晶硅。
3、根据权利要求1的阵列基板，还包括在有源层下的缓冲层。
4、根据权利要求1的阵列基板，其中像素电极以及第一和第二接触孔是利用具有衍射图形的掩模形成的。
5、根据权利要求4的阵列基板，其中衍射图形仅使部分入射光透射到除像素电极以及第一和第二接触孔所在区域之外的区域。
6、根据权利要求4的阵列基板，其中衍射图形的狭缝宽度范围为从大约1.0μm到大约2.0μm。
7、根据权利要求6的阵列基板，其中在基板上的存在金属层的区域中，相应的衍射图形的狭缝宽度有变化。
8、根据权利要求7的阵列基板，其中第二绝缘层包括无机材料。
9、根据权利要求7的阵列基板，其中所述相应的衍射图形具有大约1.0μm的狭缝宽度，而没有金属层的区域上方的衍射图形具有大约1.2μm的狭缝宽度。
10、根据权利要求1的阵列基板，还包括：
覆盖在包括源极和漏极的基板的整个表面上的第三绝缘层；
在第三绝缘层的预定区域中的第三接触孔，其暴露出漏极的一部分；以及
在第三绝缘层上的反射电极，其通过第三接触孔电连接到漏极。
11、根据权利要求1的阵列基板，其中栅极包括从选通线分支的第一栅极，以及包括与有源层重叠的部分选通线的第二栅极。
12、一种LCD阵列基板的制造方法，该方法包括：
在基板上依次形成有源层、第一绝缘层和栅极；
通过在有源层的预定区域内注入杂质离子，在有源层的预定区域上形成源极区和漏极区；
在包括栅极的基板的整个表面上形成第二绝缘层；
在第二绝缘层上形成像素电极，并通过去除覆盖在源极区和漏极区上的第一和第二绝缘层的一部分来形成第一和第二接触孔；
形成源极，源极的一部分通过第一接触孔接触源极区；以及
形成漏极，漏极的第一部分接触漏极区，其第二部分接触像素电极。
13、根据权利要求12的方法，其中形成像素电极以及第一和第二接触孔的步骤包括：
在第二绝缘层上形成透明导电膜；
在透明导电膜上涂覆光致抗蚀剂膜；
使用具有部分地透光的第一透射区、完全透光的第二透射区以及完全阻挡光的阻挡区的掩模，用光照射所涂覆的光致抗蚀剂膜；
使曝光的光致抗蚀剂膜显影，以形成对应于第一透射区的第一光致抗蚀剂图形和对应于阻挡区的第二光致抗蚀剂图形；
用第一和第二光致抗蚀剂图形作为掩模，部分地去除第一绝缘层、第二绝缘层和透明导电膜，以形成第一和第二接触孔；
去除第一光致抗蚀剂图形；以及
用第二光致抗蚀剂图形作为掩模，构图透明导电膜，以形成像素电极。
14、根据权利要求13的方法，其中第一透射区具有衍射图形，用于部分地透过入射到除形成第一和第二接触孔的区域之外的区域的光。
15、根据权利要求13的方法，其中第一透射区具有半色调图形，用于部分地透过入射到除形成第一和第二接触孔的区域之外的区域的光。
16、根据权利要求14的方法，其中衍射图形包括用于部分地屏蔽光的狭缝状的条和用于透光的间隔。
17、根据权利要求14的方法，其中衍射图形的狭缝宽度范围为从大约1.0μm到大约2.0μm。
18、根据权利要求13的方法，其中衍射图形的狭缝宽度存在差别，使得光致抗蚀剂图形具有基本均匀的厚度。
19、根据权利要求18的方法，其中在基板上的存在金属层的区域内，相应的衍射图形的狭缝宽度是不同的。
20、根据权利要求18的方法，其中第二绝缘层包括无机材料。
21、根据权利要求19的方法，其中金属层上方的衍射图形具有大约1.0μm的狭缝宽度，在没有金属层的区域上方的衍射图形具有大约1.2μm的狭缝宽度。
22、根据权利要求21的方法，其中金属层包括栅极。
23、根据权利要求12的方法，还包括：
形成覆盖了包括源极和漏极的基板的整个表面的第三绝缘层；
去除第三绝缘层的预定部分，以形成第三接触孔，第三接触孔暴露出第三绝缘层的预定区域，并且暴露出像素电极；以及
在第三绝缘层上形成通过第三接触孔电连接到漏极的反射电极。
24、根据权利要求12的方法，其中栅极包括从选通线分支的第一栅极，以及包括与有源层重叠的部分选通线的第二栅极。
25、一种LCD阵列基板的制造方法，该方法包括：
用第一掩模工艺在基板上形成有源层；
在包括有源层的基板上淀积第一绝缘层和第一金属层，并用第二掩模工艺构图第一金属层，以形成栅极；
通过在有源层的预定区域内注入杂质离子，在有源层的预定区域上形成源极区和漏极区；
在包括栅极的基板的整个表面上淀积第二绝缘层和透明导电膜，并用第三掩模工艺去除第一和第二绝缘层以及透明导电膜的一部分以形成第一和第二接触孔，第一和第二接触孔部分地暴露出源极和漏极以及像素电极；以及
在基板上淀积第二金属层，并用第四掩模工艺构图第二金属层，以形成源极和漏极，使得源极通过第一接触孔连接到源极区，漏极通过第二接触孔连接到漏极区。
26、根据权利要求25的方法，其中用包含衍射图形的掩模形成像素电极以及第一和第二接触孔。
27、根据权利要求26的方法，其中衍射图形部分地透过入射到除形成有像素电极以及第一和第二接触孔的区域之外的区域的光。
28、根据权利要求27的方法，其中在基板上的存在金属层的区域内，相应的衍射图形的狭缝宽度是不同的。
29、根据权利要求28的方法，其中第二绝缘层包括无机材料。
30、根据权利要求25的方法，其中栅极包括从选通线分支的第一栅极，以及包括与有源层重叠的部分选通线的第二栅极。
31、一种LCD阵列基板的制造方法，该方法包括：
提供具有覆盖在被构图的金属层上的绝缘层的基板；
形成覆盖在绝缘层上的抗蚀剂层；以及
相对于基板布置掩模，
其中掩模的衍射密度有变化，并且
其中掩模的布置使得高衍射密度的区域对应于被构图的金属层。
32、根据权利要求31的方法，其中绝缘层包括无机材料。
33、根据权利要求31的方法，其中布置掩模的步骤包括布置具有狭缝宽度范围为从大约1.0μm到大约2.0μm的衍射图形的掩模。
34、根据权利要求33的方法，其中与被构图的金属层对应的衍射图形具有大约1.0μm的狭缝宽度，没有构图金属层的区域上方的衍射图形具有至少大约1.2μm的狭缝宽度。
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