專利名稱：形成薄膜圖案的方法以及具有該薄膜圖案的平板顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種形成薄膜圖案的方法以及具有該薄膜圖案的平板顯示器，該薄膜圖案能夠使形成微圖案成為可能。
背景技術：
近來，顯示器市場以使輕便、大尺寸顯示器的易于制造成為可能的平板顯示器為中心迅速變化。作為平板顯示器，有液晶顯示器IXD、等離子顯示面板PDP、有機電致發光顯示器 OLED等。在平板顯示器中的多個薄膜圖案通過薄膜沉積步驟、光刻步驟、以及掩模步驟形成，其中光刻步驟包括曝光和顯影步驟，掩模步驟包括蝕刻步驟和光刻膠去除步驟。在掩模步驟的光刻步驟中形成的光刻膠圖案具有大約4μπι的最小線寬和大約 3 μ m的光刻膠圖案最小間距。利用光刻膠圖案通過蝕刻形成的薄膜圖案具有大約3 μ m的最小線寬和大約4μ m的薄膜圖案最小間距。因此，難于形成分辨率低于薄膜圖案的最小線寬的薄膜圖案。
發明內容
因此，本發明涉及一種形成薄膜圖案的方法以及具有該薄膜圖案的平板顯示器。本發明的目的是提供一種形成薄膜圖案的方法以及具有該薄膜圖案的平板顯示器，所述薄膜圖案使形成微圖案成為可能。本發明的其他優點、目的、特征的一部分將在下述描述中闡明，對于本領域普通技術人員來說這些優點、目標、特征的其他部分根據下述描述是顯而易見的或者可以從本發明的實施中得知。本發明的目的和其他優點可以通過書面描述、權利要求書以及附圖中特別指明的結構來實現和獲得。為了實現本發明的這些目的和其他優點以及根據本發明的目的，如在此具體和概括描述的，一種形成薄膜圖案的方法包括以下步驟在基板上順序形成第一到第三薄膜層， 在第三薄膜層上形成第一光刻膠圖案，利用第一光刻膠圖案作為掩模構圖第二和第三薄膜層以形成具有彼此不同線寬的第一和第二薄膜掩模圖案，在位于第一薄膜層和第二薄膜掩模圖案之間的第一和第二薄膜掩模圖案彼此不重疊的區域形成第二光刻膠圖案，去除第一和第二薄膜掩模圖案，以及通過利用第二光刻膠圖案作為掩模構圖第一薄膜層以形成薄膜圖案。在這種情況下，第二薄膜層由無機絕緣膜或柱狀晶群材料形成，并且第三薄膜層由遮擋光的不透明材料形成。詳細地，所述柱狀晶群材料是鉬。
同時，第一薄膜掩模圖案具有鈍角或直角。并且，形成第二光刻膠圖案的步驟包括以下步驟在上面形成有第一和第二薄膜掩模圖案的基板上形成第二光刻膠圖案以覆蓋第一薄膜掩模圖案的側面和第一薄膜層，以及曝光并顯影第一光刻膠圖案和第二光刻膠圖案以去除第一光刻膠圖案并形成第二光刻膠圖案。在本發明的另一方面，平板顯示器包括彼此分開第一距離的多個薄膜圖案，每個薄膜圖案包括兩個薄膜圖案，其中所述兩個薄膜圖案具有彼此相同的線寬并彼此分開第二距離。第一和第二距離是相同的。第一和第二距離是彼此不同的。薄膜圖案具有400nm-1000nm的線寬。需要理解的是，本發明的上述一般描述和下述詳細描述都是示范性和說明性的， 并且意在提供所要求保護的本發明的進一步說明。
提供對本發明的進一步理解并且被結合到本申請中且構成本申請的一部分的附圖，說明本發明的實施例并且與說明書一起來解釋本發明的原理。附圖中圖1A-1G是說明根據本發明優選實施例的形成薄膜圖案的方法的步驟的截面圖。圖2是表示采用了本發明的薄膜圖案的薄膜晶體管基板的平面圖。圖3是沿著圖1中的線1-1’切開的薄膜晶體管基板的截面圖。圖4A和4B是說明形成圖2和3所示的柵極金屬圖案的方法的平面圖和截面圖。圖5A-5F是詳細說明形成圖2和3所示的柵極金屬圖案的方法的步驟的截面圖。圖6A和6B是說明形成圖2和3所示的半導體圖案和數據金屬圖案的方法的平面圖和截面圖。圖7A和7B是說明形成圖2和3所示的具有像素接觸孔和公共接觸孔的保護膜的方法的平面圖和截面圖。圖8A和8B是說明形成圖2和3所示的透明導電圖案的方法的平面圖和截面圖。
具體實施例方式現在將詳細地描述本發明的具體實施例，這些實施例的例子繪示在附圖中。只要有可能，在整個附圖中相同的參考標記指代相同或相似的部件。圖1A-1G示出了說明根據本發明優選實施例的形成薄膜圖案的方法的步驟的截面圖。參照圖1A，將第一到第三薄膜層152、巧4和156順序層疊在基板101上。第一薄膜層152由金屬、絕緣膜或半導體層形成，所述第一薄膜層152是將在基板 101上形成的薄膜圖案的材料層。第二薄膜層154由在蝕刻工藝之后形成鈍角或直角θ的材料形成。詳細地，第二薄膜層154由諸如SiNx或SiOx的無機絕緣膜形成或者由諸如鉬的柱狀晶群金屬形成。第三薄膜層156由能夠在曝光時遮擋入射到光刻膠上的光的不透明材料形成，例如鎳Ni。然后，參照圖1B，在第三薄膜層156上涂敷第一光刻膠之后，通過曝光和顯影形成第一光刻膠圖案158。在通過利用第一光刻膠圖案158作為掩模蝕刻第三薄膜層156之后， 蝕刻第二薄膜層154，以形成第一和第二薄膜掩模圖案164和166。第一薄膜掩模圖案164 形成為具有小于第二薄膜掩模圖案166的線寬的線寬。第一薄膜掩模圖案164的一側和第二薄膜掩模圖案166的一側之間的距離Sdl與第一薄膜掩模圖案164的另一側和第二薄膜掩模圖案166的另一側之間的距離Sd2相同。在這種情況下，根據第二薄膜層的蝕刻程度， 第一薄膜掩模圖案164的一側和第二薄膜掩模圖案166的一側之間的距離Sdl以及第一薄膜掩模圖案164的另一側和第二薄膜掩模圖案166的另一側之間的距離Sd2發生改變。也就是說，相對延長(縮短)對第二薄膜層的蝕刻時間，則第二薄膜層的蝕刻量相對增加(減少)，進而第一薄膜掩模圖案164的一側和第二薄膜掩模圖案166的一側之間的距離Sdl以及第一薄膜掩模圖案164的另一側和第二薄膜掩模圖案166的另一側之間的距離Sd2變得相對較長(較短)。同時，第一薄膜掩模圖案164的一側和第二薄膜掩模圖案166的一側之間的距離 Sdl以及第一薄膜掩模圖案164的另一側和第二薄膜掩模圖案166的另一側之間的距離 Sd2改變了第二光刻膠圖案的線寬。并且，第一薄膜掩模圖案164的錐角θ形成為鈍角或直角。詳細地，在蝕刻無機絕緣膜的第二薄膜層時，如果蝕刻氣體SF6的含量增加到大于第二薄膜層的錐角被形成為鈍角的蝕刻氣體SF6的含量(大約1500Sccm)時，第一薄膜層的錐角θ就形成為鈍角或直角。如果蝕刻具有出色直線傳輸特性的柱狀晶群材料的第二薄膜層154，則第一薄膜掩模圖案164的錐角θ變成直角。然后，參照圖1C，在第一和第二薄膜掩模圖案164和166之間涂敷第二光刻膠 162。在這種情況下，由于第二光刻膠162以液體狀態涂敷在基板101上，因此第二光刻膠 162也涂敷在具有自第二薄膜掩模圖案166起的倒臺階的第一薄膜掩模圖案164的側面。 也就是說，第二光刻膠162被形成為覆蓋第一薄膜掩模圖案164的側面和暴露在這些第一薄膜掩模圖案164之間的第一薄膜層152。在這種情況下，第二光刻膠162的最低高度與第一薄膜掩模圖案164的高度相同。然后，參照圖1D，通過全表面曝光和顯影去除第一光刻膠圖案158，并且由于在曝光中將不透明材料的第二薄膜掩模圖案166用作掩模，因此通過曝光和顯影對第二薄膜掩模圖案166下面的第二光刻膠162進行構圖以形成第二光刻膠圖案168。也就是說，在位于第一薄膜層152和第二薄膜掩模圖案166之間的第一和第二薄膜掩模圖案164和166彼此不重疊的區域形成第二光刻膠圖案168。第一薄膜掩模圖案164的線寬與在第一薄膜掩模圖案164兩側的第二光刻膠圖案168的線寬之和與第二薄膜掩模圖案166的線寬相同。然后，參照圖1Ε，順序蝕刻并去除第二薄膜掩模圖案166和第一薄膜掩模圖案164 以在第一薄膜層152上留下第二光刻膠圖案168。然后，參照圖1F，通過利用第二光刻膠圖案168作為掩模蝕刻第一薄膜層152以形成如圖IG所示的在基板101上的薄膜圖案160。薄膜圖案160與同樣由第一光刻膠圖案158以及第一和第二薄膜掩模圖案164和 166形成的相鄰的薄膜圖案160形成薄膜圖案組PG。在這種情況下，薄膜圖案組PG與相鄰的薄膜圖案組PG分開第一距離，而薄膜圖案組PG中的薄膜圖案160彼此分開第二距離，并且具有相同的線寬w。薄膜圖案160具有大約400 IOOOnm的線寬。薄膜圖案160可應用于如圖2和3所示的像素電極122、公共電極124、數據線104、 柵極線102、以及公共線126。在薄膜圖案160被用作例如數據線104、柵極線102和公共線 126的信號線的情況下，因為信號線具有減小到小于現有技術中的線寬，所以按照線寬的減少一樣多地增大了像素區域，因而增大了孔徑。圖2和3分別示出了具有利用圖1A-1G所示的形成方法形成的薄膜圖案的薄膜晶體管基板的平面圖和截面圖。薄膜晶體管基板包括薄膜晶體管和像素電極122，其中薄膜晶體管連接到柵極線 102和數據線104，像素電極122形成在位于柵極線102和數據線104的每一個交叉結構處的像素區域中。薄膜晶體管響應施加到柵極線102的掃描信號而使施加到數據線104的像素信號被充電至像素電極122并被維持在像素電極122。因此，薄膜晶體管包括柵極電極106、源極電極108、漏極電極110、有源層114和歐姆接觸層116。柵極電極106連接到柵極線102，以便掃描信號從柵極線102施加到柵極電極 106。源極電極108連接到數據線104，以便像素信號從數據線104施加到源極電極108。 漏極電極和源極電極108相對形成，它們之間設置有有源層114的溝道部分，以便將像素信號從數據線104施加到像素電極122。有源層114形成在源極電極108和漏極電極110之間的與柵極電極106重疊的溝道部分，并且柵極絕緣膜112設置在有源層114和柵極電極 106之間。歐姆接觸層116形成在源極電極108和有源層114之間以及在漏極電極110和有源層114之間，即形成在除溝道部分外的有源層114之上。歐姆接觸層116用來減少源極電極108和有源層114之間以及漏極電極110和有源層114之間的電接觸電阻。像素電極122通過像素接觸孔120連接到漏極電極110。因此，像素電極122具有通過薄膜晶體管從數據線104施加到其上的像素信號。像素電極122具有平行于柵極線 102的像素水平部分12 和從像素水平部分12 垂直延伸的像素垂直部分122b。公共電極IM具有與之連接的公共線126以通過公共線1 接收公共電壓。公共電極124由與像素電極122相同的材料形成并且與像素電極122位于相同的平面上，或者由與像素電極122不同的材料形成并且與像素電極122位于不同的平面上。本發明將以公共電極IM和像素電極122形成在保護膜118的同一平面上并且由透明導電膜的相同材料形成為例子來描述。公共電極IM包括平行于柵極線102的公共水平部分12 和從該公共水平部分 12 沿垂直方向延伸的公共垂直部分124b。在這種情況下，公共垂直部分124b平行于像素垂直部分122b形成。因此，在被施加了像素電壓信號的像素電極122和被施加了公共電壓的公共電極1 之間形成水平電場。水平電場旋轉由于介電各向異性的原因在薄膜晶體管基板和濾色器基板(未示出)之間沿水平方向排列的液晶分子。并且，由于穿過子像素區域的光透射率根據液晶分子旋轉的程度而變化，因此就能夠產生圖象。圖4A和4B是示出在根據本發明第一優選實施例的形成薄膜晶體管基板的方法中形成圖2和3所示柵極金屬圖案的方法的平面圖和截面圖。在下基板101上形成包括公共線1 和柵極線102的柵極金屬圖案以及柵極電極106。下面將以圖5A-5F作為例子描述利用圖1A-1G所示的制造方法來形成柵極金屬圖案。詳細地，參照圖5A，通過諸如濺射的沉積順序將第一到第三薄膜層層疊在下基板 101上。第一薄膜層是諸如Mo、Ti、Cu、AINd、Al、Cr、Mo合金、Al合金等的金屬單層，或者是上述金屬的兩層或多于兩層的層疊。第二薄膜層154由諸如SiNx或SiOx的無機絕緣膜形成，或者由諸如鉬的柱狀晶群金屬形成。第三薄膜層156由能遮擋光的不透明材料形成。然后，參照圖5B，將第一光刻膠涂敷到第三薄膜層152上并對其進行曝光和顯影， 以形成第一光刻膠圖案158。在利用第一光刻膠圖案158作為掩模蝕刻第三薄膜層156之后，蝕刻第二薄膜層154，以形成第一和第二薄膜掩模圖案164和166。然后，如圖5C所示， 在第一和第二薄膜掩模圖案164和166之間涂敷第二光刻膠162。然后，執行全表面曝光和顯影以去除第一光刻膠圖案158，如圖5D所示，并且由于在曝光和顯影中將第二薄膜掩模圖案166用作掩模，因此構圖了第二薄膜掩模圖案166下面的第二光刻膠162，形成了第二光刻膠圖案168。也就是說，在位于第一薄膜層152和第二薄膜掩模圖案166之間的第一和第二薄膜掩模圖案164和166彼此不重疊的區域形成第二光刻膠圖案168。第一薄膜掩模圖案164的線寬與在第一薄膜掩模圖案164兩側的第二光刻膠圖案168的線寬之和與第二薄膜掩模圖案166的線寬相同。然后，參照圖5E，通過蝕刻去除第二薄膜掩模圖案166和第一薄膜掩模圖案164， 以在第一薄膜層152上留下第二光刻膠圖案168。如圖5F所示，通過利用第二光刻膠圖案 168作為掩模蝕刻第一薄膜層152，在基板101上形成了包括柵極線102和公共線126的柵極金屬圖案。圖6A和6B是示出在根據本發明優選實施例的形成薄膜晶體管基板的方法中形成圖2和3所示半導體圖案和數據金屬圖案的方法的平面圖和截面圖。在上面形成有柵極金屬圖案的下基板101上形成柵極絕緣膜112，在柵極絕緣膜 112上形成具有數據線104、源極電極108和漏極電極110的數據金屬圖案，并且在該數據金屬圖案下面并沿著該數據金屬圖案形成與該數據金屬圖案重疊的具有有源層114和歐姆接觸層116的半導體圖案。利用狹縫掩模或半色調(half tone)掩模通過一次掩模工藝形成半導體圖案和數據金屬圖案。詳細地，在上面形成有柵極金屬圖案的下基板101上順序形成柵極絕緣膜112、非晶硅層、雜質η+或P+摻雜的非晶硅層以及數據金屬層。并且，在將光刻膠涂敷在數據金屬層上之后，利用狹縫掩模通過光刻對光刻膠進行曝光和顯影，以形成具有臺階的光刻膠圖案。利用具有臺階的光刻膠圖案蝕刻數據金屬層以形成數據金屬圖案和位于數據金屬圖案下面的半導體圖案。然后，利用氧A等離子灰化光刻膠圖案。通過利用被灰化的光刻膠圖案進行蝕刻來去除已曝光的數據金屬圖案和位于已曝光的數據金屬圖案下面的歐姆接觸層，從而將源極電極108和漏極電極110分離并暴露有源層114。然后，通過剝離從數據金屬圖案的上側去除光刻膠圖案。圖7Α和7Β是示出在根據本發明優選實施例的形成薄膜晶體管基板的方法中形成具有像素接觸孔和公共接觸孔的保護膜的方法的平面圖和截面圖。在其上形成有數據金屬圖案和半導體圖案的基板上形成具有像素接觸孔120和公共接觸孔1 的保護膜118。詳細地，利用CVD或PECVD在其上形成有數據金屬圖案的柵極絕緣膜112上沉積保護膜118。保護膜118由與利用CVD或PECVD形成的柵極絕緣膜相同的無機絕緣材料形成。然后，通過光刻和蝕刻對保護膜118進行構圖以形成像素接觸孔120和公共接觸孔1沘。圖8A和8B是示出在根據本發明第一優選實施例的形成薄膜晶體管基板的方法中形成透明導電圖案的方法的平面圖和截面圖。在其上形成有保護膜118的下基板101上形成具有像素電極122和公共電極IM 的透明導電圖案。詳細地，通過沉積、例如濺射在上面形成有保護膜118的下層基板101上形成透明導電膜。透明導電膜由氧化銦錫ΙΤ0、氧化錫TO、氧化銦鋅IZCKSnA或非晶氧化銦錫a-ITO 形成。然后，通過光刻和蝕刻來構圖透明導電膜，以形成具有像素電極122和公共電極IM 的透明導電圖案。雖然已經以將本發明的薄膜圖案應用于薄膜晶體管基板的情況作為例子描述了本發明，但是，除此之外，本發明還可應用于諸如液晶顯示器的濾色器基板、有機電致發光顯示器、三維圖象顯示器和電子油墨(electro-ink)型顯示器的平板顯示器。如上所述，本發明的形成薄膜圖案的方法和具有該薄膜圖案的平板顯示器具有以下優點。本發明通過利用最上層為不透明材料的三個薄膜層能夠形成尺寸小于1 μ m的微圖案。這種微圖案可應用于需要高分辨率的圖案。并且，如果利用這三個薄膜層中的不透明材料的最上層進行全表面曝光，則不需要單獨的對準步驟就能夠以自對準的方式在基板上形成第二光刻膠圖案。對于本領域技術人員來說明顯的是，在不脫離本發明的精神和范圍下，可以對本發明作出各種改進和變化。因此，本發明意在覆蓋本發明所提供的落在所附的權利要求及其等效物的范圍內的各種改進和變化。
權利要求
1.一種形成薄膜圖案的方法，包括以下步驟 在基板上順序形成第一到第三薄膜層； 在所述第三薄膜層上形成第一光刻膠圖案；利用所述第一光刻膠圖案作為掩模構圖所述第二和第三薄膜層，以形成具有彼此不同線寬的第一和第二薄膜掩模圖案；在位于所述第一薄膜層和第二薄膜掩模圖案之間的所述第一和第二薄膜掩模圖案彼此不重疊的區域形成第二光刻膠圖案；去除所述第一和第二薄膜掩模圖案；以及利用所述第二光刻膠圖案作為掩模構圖所述第一薄膜層，以形成薄膜圖案。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二薄膜層由無機絕緣膜或柱狀晶群材料形成，并且所述第三薄膜層由遮擋光的不透明材料形成。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述柱狀晶群材料是鉬。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一薄膜掩模圖案具有鈍角或直角。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述形成第二光刻膠圖案的步驟包括以下步驟 在上面形成有所述第一和第二薄膜掩模圖案的基板上形成第二光刻膠圖案，以覆蓋所述第一薄膜掩模圖案的側面和所述第一薄膜層，以及曝光并顯影所述第一光刻膠圖案和第二光刻膠圖案，以去除所述第一光刻膠圖案并形成所述第二光刻膠圖案。
6.一種平板顯示器，包括彼此分開第一距離的多個薄膜圖案組，每個所述薄膜圖案組包括兩個薄膜圖案， 其中所述兩個薄膜圖案具有彼此相同的線寬并彼此分開第二距離。
7.根據權利要求6所述的平板顯示器，其中所述第一和第二距離是相同的。
8.根據權利要求6所述的平板顯示器，其中所述第一和第二距離是彼此不同的。
9.根據權利要求6所述的平板顯示器，其中所述薄膜圖案具有400nm-1000nm的線寬。
全文摘要
本發明提供一種形成薄膜圖案的方法和具有該薄膜圖案的平板顯示器，該薄膜圖案能夠使形成微圖案成為可能。形成薄膜圖案的方法包括在基板上順序形成第一到第三薄膜層，在第三薄膜層上形成第一光刻膠圖案，利用第一光刻膠圖案作為掩模構圖第二和第三薄膜層以形成具有彼此不同線寬的第一和第二薄膜掩模圖案，在位于第一薄膜層和第二薄膜掩模圖案之間的第一和第二薄膜掩模圖案彼此不重疊的區域形成第二光刻膠圖案，去除第一和第二薄膜掩模圖案，以及通過利用第二光刻膠圖案作為掩模構圖第一薄膜層以形成薄膜圖案。
文檔編號H01L21/77GK102280369SQ20111015426
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月2日 優先權日2010年6月11日
發明者方政鎬, 李正一, 白正善, 金正五, 金江一 申請人:樂金顯示有限公司