專利名稱：Lcd單元內(nèi)成形結(jié)構(gòu)的制造方法及其掩模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示器的制造及其特征。特別地，本發(fā)明涉及使用半透明掩模在液晶顯示器(LCD)內(nèi)形成成形結(jié)構(gòu)的方法。
LCD中成形結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是作為用在薄膜晶體管(TFT)反射型有源矩陣液晶顯示器(反射型AMLCD)中的漫反射像素電極。這一般用不規(guī)則的上表面形貌來形成，從而當(dāng)用反射金屬層涂布時(shí)，入射光分散在LCD的觀看區(qū)域上，所述金屬層一般為鋁或銀。重要的是控制所述分散，以在具有適當(dāng)大的觀察區(qū)域和在觀察區(qū)域中具有足夠亮度的反射光之間找到平衡。用于形成該不規(guī)則表面公知的方法是首先給AMLCD的TFT板涂覆光敏層。然后通過常規(guī)的光刻和蝕刻將該層圖形化，從而在TFT板的每個(gè)像素電極的表面上產(chǎn)生許多微小的突起(bump)。這就導(dǎo)致了具有側(cè)面陡峭的島的表面形貌，然后將其加熱，以發(fā)生回流，提供更加彎曲的表面形貌，然后用反射金屬涂層將其覆蓋。
在形成漫反射像素電極的更復(fù)雜的方法中，例如US 6163405中公開的，在形成微小突起以前，給TFT板上像素電極的表面引入至少一個(gè)斜面(slant)。這樣，光可以反射進(jìn)優(yōu)選的觀看區(qū)域，其可能不垂直于TFT板。這種類型的傾斜漫反射器稱作漫射微小斜面反射器(DMSR)。
US 6163405公開了幾種方法，這些方法涉及用于在像素電極上形成這種傾斜表面，并在傾斜表面上形成不規(guī)則微小突起的光刻。所披露的主要方法包括，作為多次曝光移位光刻方法的一部分，通過多次使用單個(gè)光掩模來產(chǎn)生不同高度的不規(guī)則脊。該光掩模在UV不透明掩模上，排列有微小UV透明狹縫。然后UV光通過所述掩模被引導(dǎo)到已涂覆到像素電極上的光敏材料層上。在正光刻中，使用UV光曝光光敏材料，并在顯影階段移除曝光區(qū)域。相反地，負(fù)光刻包括在顯影階段移除沒有被UV光曝光的光敏材料。
在以特定UV強(qiáng)度進(jìn)行UV曝光后，具有透明狹縫的掩模移動(dòng)很小的量，并用不同的UV強(qiáng)度或曝光時(shí)間進(jìn)行另一曝光步驟。這可以執(zhí)行很多次，以便一旦顯影，則在其表面形貌上，像素電極表面就會(huì)留有脊不規(guī)則臺(tái)階線。然后使用另外的掩模在脊的表面上產(chǎn)生微小突起，然后將其加熱，以進(jìn)行回流。這就產(chǎn)生了具有最佳觀看區(qū)域的DMSR像素電極。然而，在LCD顯示器的制造中，多次UV曝光是非常費(fèi)時(shí)和費(fèi)成本的。此外，在AMLCD工廠中使用的標(biāo)準(zhǔn)光刻對準(zhǔn)器(aligner)一般不具有多次曝光移位的裝置。從而，US 6163405中披露的這種特別的多次曝光方法對于LCD顯示器大規(guī)模的制造并不實(shí)用。
US 6163405中披露的另一個(gè)方法使用灰色調(diào)掩模，也稱作半色調(diào)掩模。這種光掩模具有對光表現(xiàn)出至少一定程度的半透明的區(qū)域。其結(jié)果是，通過該掩?？墒褂锰囟◤?qiáng)度的UV光進(jìn)行固定的曝光時(shí)間，以產(chǎn)生光敏材料的多級(jí)曝光。例如，用光敏材料涂覆的并通過灰調(diào)掩模在單個(gè)UV曝光中曝光的LCD的基板，一旦顯影，則其就具有與使用多次曝光移位光刻方法產(chǎn)生的相同的多級(jí)表面形貌。
制造灰色調(diào)光掩模的一個(gè)方法包括在不透明掩模上產(chǎn)生透明開口的精細(xì)圖案，其部分地減小了UV光的透過量。此外，透過掩模的光被衍射，從而被分散，所以，當(dāng)用于曝光光敏材料時(shí)，獲得了相對均勻的曝光。通過改變開口的尺寸，可使不同百分比的UV光透過掩模。這些類型的灰色調(diào)掩?？芍圃斐删哂袔缀跞魏稳我獾奶卣餍螤?。然而，它們最大的缺點(diǎn)是，當(dāng)要求非常小的特征尺寸，例如小于2μm時(shí)，例如在LCD的漫反射像素電極制造過程中，制造它們非常昂貴。此外，在掩模上特征的邊緣處的衍射使得所述特征缺乏清晰度，從而限制了掩模的精確度。這些缺點(diǎn)使得衍射掩模對工業(yè)中的特定應(yīng)用缺乏實(shí)用性。
本發(fā)明提出了一種方法，其在光刻制造工藝中通過使用具有諸如氫化的富硅氮化硅(hydrogenated silicon-rich silicon nitride)的材料的灰色調(diào)光掩模，降低了與制造AMLCD中成形結(jié)構(gòu)相關(guān)的成本。即使當(dāng)要求小的特征尺寸時(shí)，富硅氮化硅(SiNx)掩模的制造也相對便宜。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在器件板(例如晶體管板)上形成成形結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括給所述板涂覆光敏層，并在光刻工藝中使用灰色調(diào)光掩模在光敏層上形成所述成形結(jié)構(gòu)，其中所述掩模包括至少一個(gè)半透明材料的區(qū)域，且所述材料具有取決于該材料光學(xué)帶隙的透明度。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種在所述光刻工藝中使用這種光掩模、以產(chǎn)生所述液晶顯示器的漫反射像素電極的不規(guī)則的表面形貌的方法。液晶顯示器的所述漫反射像素電極的所述表面形貌可具有多級(jí)厚度。
灰色調(diào)光掩模中使用的材料區(qū)域可以是氫化的富硅氮化硅SiNx:H，x小于1。
所附的權(quán)利要求中列出了依照本發(fā)明的優(yōu)選特征?，F(xiàn)在通過示例的方式參照附圖在本發(fā)明具體的實(shí)施方案中這些和其它特征，其中

圖1a到1e是在用于確定其漫反射表面形貌的工藝的各個(gè)階段中反射型LCD顯示器的TFT板的橫截面圖；圖2是根據(jù)在其制造過程中使用不同的NH3/SiH4氣體比率而畫出的SiNx光學(xué)帶隙的曲線圖；圖3是用在光掩模中的三種不同的構(gòu)成的SiNxA、B和C的透射率特性與使用的光的波長的關(guān)系曲線圖；圖4繪出了分別具有2.3eV的光學(xué)帶隙的三個(gè)厚度的SiNxD、E和F的透射百分比與使用的光的波長關(guān)系曲線圖；圖5a到5d是在其制造的各個(gè)階段中SiNx光掩模的橫截面圖；圖6描述了使用SiNx光掩模在TFT AMLCD像素電極上形成微小突起，包括傾斜特征，的方法；以及圖7a和7b分別是在形成其表面上具有傾斜特征的微小突起后，TFT板的橫截面圖和平面圖。
圖1a到1e圖解了使用SiNx灰色調(diào)掩模制造AMLCD中使用的漫反射像素電極的方法的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，AMLCD包含不具有漫射微小斜面反射(DMSR)特征的微小突起。
圖1a圖解了包含漫反射TFT電極的有源矩陣液晶顯示(AMLCD)器件，圖1b到1e示出了漫反射TFT電極的制造。液晶1插入TFT板2和玻璃基板3之間。還示出了濾色器層4，其設(shè)置成紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)域的圖案中，以提供紅色、綠色和藍(lán)色像素的陣列。TFT 5通過行和列電極(沒有示出)開關(guān)。
圖1b是在涂覆光可確定(photo-definable)聚合物6的層后，用在AMLCD中的TFT像素電極板2的橫截面圖。所述聚合物可包括諸如聚酰亞胺、丙烯酸或光致抗蝕劑的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，使用的材料是正色調(diào)水顯影光可確定HD-8001聚酰亞胺，其由HDMicrosystems制造。其可使用公知的方法涂覆，例如旋涂或絲網(wǎng)印刷方法。圖1b中還示出了在制造工序中用于光刻階段的SiNx灰色調(diào)掩模7。該掩模通過將半透明SiNx8和不透明鉻9的層沉積到UV透明掩?；?0上而形成。掩模的區(qū)域10A沒有涂覆層8或9，從而對UV光是透明的。
掩模7與TFT板對齊放置，UV光被引導(dǎo)通過該掩模以便曝光TFT板2上的光可確定聚酰亞胺涂層6。圖1c描述了工序中的這個(gè)階段，示出了UV曝光后的TFT板2，產(chǎn)生了多晶硅的曝光區(qū)域11。由于鉻的不透明特性，在掩模的鉻區(qū)域9正下方的多晶硅區(qū)域沒有被曝光。這在圖上用0％Tr表示，代表0％的UV透射。在掩模的UV透明區(qū)域，例如區(qū)域10A正下方的光可確定聚酰亞胺區(qū)域被完全曝光，并且在SiNx區(qū)域8下方的那些區(qū)域被部分曝光，例如如35％Tr表示的，所述曝光取決于所使用的SiNx的光學(xué)特性。該光刻工藝用于確定微小突起12和用于連接TFT電極5的通孔13。在正光刻中，然后在顯影階段中移除曝光的光可確定聚酰亞胺6的某一厚度，該厚度取決于UV曝光的量。
圖1d是在光可確定聚酰亞胺6顯影階段后的TFT板的橫截面圖。聚酰亞胺的曝光區(qū)域11現(xiàn)在已經(jīng)被移除，聚酰亞胺的表面形貌現(xiàn)在以微小突起12、和用于像素電極5接觸的通孔13為特征。
圖1e示出了在制造的最后階段后的TFT板。首先將該板加熱，從而產(chǎn)生回流，所述回流導(dǎo)致了微小突起12的圓化，賦予其漫反射像素電極所需要的形貌。然后，以例如濺射的方法給TFT板的表面涂覆高反射金屬(例如鋁或銀)14的層。
可通過等離子體沉積SiNx:H到UV透明基板，例如石英板上，來形成SiNx灰色調(diào)掩模。在一個(gè)實(shí)例中，在200到350攝氏度的溫度下和50到200帕斯卡的壓力下，以13.56MHz執(zhí)行RF可容性耦合的(capacatively coupled)等離子體沉積。也可以使用其它的頻率，溫度和壓力。盡管可以使用其它的混合物，但優(yōu)選的沉積氣體是硅烷、氨、氮和氫的混合物。在沉積的特定層中氮的比值x可從0.001到1.4變化，這使得材料的光學(xué)帶隙從1.7eV升高到6.0eV。優(yōu)選地，所使用的比值x為0.2到0.6，相關(guān)的帶隙為2.1eV-2.5eV。圖2的曲線圖說明了根據(jù)沉積工藝中使用的NH3(氨氣)和SiH4(硅烷氣體)的比率，由等離子體沉積的SiNx層表現(xiàn)出來的光學(xué)帶隙Eopt。
通過在灰色調(diào)掩模中結(jié)合具有特定光學(xué)帶隙的SiNx，將觀察到UV光透射率的特定百分比。圖3示出了根據(jù)UV光的波長，由SiNx的A、B和C三個(gè)不同層表現(xiàn)出來的透射率百分比的曲線圖。層A的SiNx的光學(xué)帶隙是2.3eV，層B的為2.14eV。由C表示的層具有一層A和一層B的組合的光學(xué)帶隙。通常，UV處理使用汞燈的g、h或i發(fā)射線，如圖3上所示。
圖4是表示SiNx的D、E和F三個(gè)層透射特性的曲線圖，三個(gè)層的每一個(gè)都具有2.3eV的光學(xué)帶隙，并用遞增的厚度沉積。層D具有60nm的厚度，E具有66nm的厚度，F(xiàn)具有78nm的厚度。盡管稍微影響了SiNx層的透射特性，但與光學(xué)帶隙相比，厚度具有相對小的影響，特別是對于h線波長處的UV光。當(dāng)沉積厚度的高精確度不是很重要時(shí)，該特性有助于以低成本制造SiNx灰色調(diào)掩模。
圖5示出了制造本發(fā)明中使用的SiNx光掩模的過程的實(shí)例。在第一個(gè)階段，使用對UV透明的基板15上的等離子體沉積形成SiNx的第一層16，其具有60nm的厚度和2.14eV的光學(xué)帶隙。使用UV光的h線，該層具有35％的UV透射率，或可選擇地當(dāng)與2.3eV光學(xué)帶隙的SiNx層結(jié)合時(shí)具有23％的透射率。因此，然后使用公知的技術(shù)將該層圖形化，從而只留下需要35％或23％透射率的區(qū)域。圖5a是在其制造的第一階段后掩模的橫截面圖。
在掩模制造工藝的進(jìn)一步階段中，將鉻17的層沉積到基板15上，并圖形化。在需要0％UV透射率的掩模區(qū)域中留下鉻。另外，鉻還留在需要35％透射率的區(qū)域中，即在先前沉積的SiNx層16上。這樣做是因?yàn)楫?dāng)沉積另外的SiNx層時(shí)，鉻層17用作第一SiNx層16的遮擋層。圖5b中示出了所得的掩模。
圖5c是在具有60nm厚度和2.3eV光學(xué)帶隙的第二SiNx層18沉積和圖形化后，掩模的橫截面。其留在需要23％或54％透射率的掩模的區(qū)域中，通過將SiNx的該層18與SiNx的第一層16結(jié)合可獲得23％的透射率。
圖5d是第二次圖形化鉻層17后掩模的橫截面。這樣做是為了暴露需要35％透射率的區(qū)域，即沉積SiNx的第一層16的區(qū)域?，F(xiàn)在完成了該掩模，在該實(shí)施例中，其具有5個(gè)不同的透射特性，0％、23％、35％、54％和100％，如圖5d中所示。
圖6a到6c示出了結(jié)合SiNx光掩模制造TFT AMLCD的DMSR(漫射微小斜面反射器)像素電極的方法。如前面已經(jīng)描述過的，第一階段包括將光可確定材料層19涂覆到預(yù)先制備好的TFT板20。在該實(shí)例中，層19是HD Microsystems HD-8001，并以大約500到3000rpm的公知旋涂技術(shù)進(jìn)行涂覆，以產(chǎn)生大約2μm厚的聚酰亞胺。然后將與圖5類似的光掩模21與TFT板對齊放置，UV光被引導(dǎo)通過其該掩模，從而曝光光可確定聚酰亞胺19。圖6a中示出了該工藝中的該階段，其中曝光區(qū)域22具有依賴于透射通過光掩模21的UV光的百分比的厚度。光掩模上的層是鉻17，具有35％透射率的SiNx的第一層16，具有54％透射率的SiNx的第二層18。如先前提到的，兩個(gè)不同的SiNx層的組合提供了23％透射率。當(dāng)從上面看時(shí)，在該實(shí)例中確定DMSR像素的微小突起的光掩模上的特征是正方形的，且是大約2μm寬。在該實(shí)施例中每個(gè)傾斜區(qū)域，例如圖6a的傾斜區(qū)域具有大約5μm的長度。
圖6b是在曝光的聚酰亞胺顯影，并進(jìn)一步進(jìn)行加熱工藝來產(chǎn)生回流后的TFT板的橫截面圖。這導(dǎo)致了除傾斜特征以外，反射型像素電極的表面形貌具有圓化的微小突起，其導(dǎo)致突起23、24、25逐漸增高。在該實(shí)例的最后階段，使用濺射工藝將高反射的鋁層26涂覆到TFT板上，當(dāng)然還可以使用銀。圖6c中示出了所得的DMSR像素電極。
圖7a描述了在其制造過程中一個(gè)階段中的DMSR像素電極的橫截面圖。已經(jīng)進(jìn)行了光刻曝光階段，且已經(jīng)進(jìn)行了光可確定聚酰亞胺的顯影。在該實(shí)例中，TFT板25現(xiàn)在具有四個(gè)不同厚度的聚酰亞胺殘留，表示為28、29、30和31。圖7b中示出了像素電極32的平面圖，以給出其布局的表示。在該實(shí)例中每個(gè)微小突起33都是正方形的，當(dāng)然也可以使用諸如其它多邊形或圓形的形狀。為了提供可接受的LCD的觀看區(qū)域，在每個(gè)像素32中還可以具有更多個(gè)微小突起33。
通過閱讀本說明書，其它變化和修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。這些變化和修改包括在光掩模的設(shè)計(jì)、制造和使用中已經(jīng)公知的等同物和其它的特征，其可以代替或附加到這里已經(jīng)描述的特征。
權(quán)利要求
1.一種在器件板(2，20)上形成成形結(jié)構(gòu)的方法，包括給所述板涂覆光敏層(6，19)，并在光刻工藝中使用灰色調(diào)光掩模(7，21)在該光敏層上形成所述成形結(jié)構(gòu)，所述灰色調(diào)光掩模包括至少一個(gè)半透明材料的區(qū)域(8，16，18)，所述材料具有取決于所述材料光學(xué)帶隙的透明度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述灰色調(diào)光掩模中使用的材料區(qū)域是氫化的富硅氮化硅SiNx:H，x小于1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中在形成液晶顯示單元中的成形結(jié)構(gòu)之前，所述方法還包括形成光掩模(7，21)的步驟，所述步驟包括在UV透明基板(15)上沉積所述半透明材料層，以形成所述半透明材料的區(qū)域(16)；將所述半透明材料圖形化；在所述基板上沉積UV不透明材料層(17)；以及將所述UV不透明材料層圖形化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，包括沉積具有與第一材料不同透明度的第二半透明材料層(18)，從而在所述UV透明基板上形成半透明材料的第二區(qū)域(18)，其中所述透明度取決于所述材料的光學(xué)帶隙；以及將所述第二半透明材料圖形化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，包括再次將所述UV不透明材料層(17)圖形化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5的方法，其中所述UV不透明材料(17)是Cr。
7.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，其中在所述光刻工藝中使用所述光掩模，以產(chǎn)生液晶顯示器的所述漫反射像素電極的所述不規(guī)則的表面形貌。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中液晶顯示器的所述漫反射像素電極的表面形貌具有多級(jí)厚度。
9.根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法，包括形成含有所述器件板的AMLCD。
10.一種液晶顯示器件，通過前述任意一個(gè)權(quán)利要求的方法制造。
11.一種掩模，使用權(quán)利要求1中所述的方法構(gòu)造。
全文摘要
一種在液晶顯示單元內(nèi)形成成形結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括給晶體管板(2)涂覆光敏層(6)，并在光刻工藝中使用灰色調(diào)光掩模(7，21)在所述光敏層上形成所述成形結(jié)構(gòu)。該掩模包括半透明材料的至少一個(gè)區(qū)域(8，16，18)，其透明度取決于所述材料的光學(xué)帶隙。
文檔編號(hào)G03F1/00GK1726424SQ200380106078
公開日2006年1月25日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月14日
發(fā)明者I·D·弗倫奇, S·－I·帕克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, Lg菲利浦液晶顯示器有限公司