具有esd保护电路的液晶显示装置及其制造方法

专利名称：具有esd保护电路的液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示装置及其制造方法，更尤其涉及一种具有ESD保护电路的液晶显示装置及其制造方法。
背景技术：
有源矩阵型液晶显示装置具有ESD保护电路来防止装置受总计好几万伏特的有害静电放电损害。利用TFT(薄膜晶体管)的饱和区工作的二极管被用作常规的ESD保护电路。
图1示出了常规ESD保护电路，图1(a)示出了等效电路，以及图1(b)示出了ESD保护电路中的布线图。
图1(b)中，ESD保护电路采用TFT 3，该TFT 3包含源极总线1和设置在源极总线1上的栅极总线层2。更尤其，利用该TFT 3的饱和区工作的二极管被用作ESD保护电路。
图2是沿着图1(b)中的II-II线的截面图。图2中，防止光直接进入TFT的遮光膜12设置在玻璃衬底10上，该玻璃衬底10是绝缘透明衬底。该遮光膜12形成在玻璃衬底的一区域内，该区域相应于包括源电极和漏电极之间的区域(间隙(gap))的区域。氧化硅膜11形成在其上形成有遮光膜12的玻璃衬底10上，该氧化硅膜11是层间绝缘膜。
源电极(源极总线)和漏电极形成在氧化硅膜11上。这些源电极和漏电极的每一个均具有由ITO膜13和形成在ITO膜13上的金属膜14组成的双层结构，并且均是透明电极。在源电极和漏电极之间形成间隙，并且在间隙中以及间隙周围的源电极和漏电极上形成a-Si膜15，该a-Si膜15是半导体膜。
氮化硅膜16形成在a-Si膜15上，该氮化硅膜16是栅极绝缘膜。接触孔16a形成在该氮化硅膜16中。栅极总线层17形成在氮化硅膜16的包含间隙的区域内。与栅极总线层17相同的膜17a形成在接触孔16a内，并连接至源电极。
这种结构使得每个二极管需要一个ESD保护电路TFT，因此如图1(b)中所示，每个总线需要至少两个TFT。此外，由于该二极管采用TFT，其具有复杂结构并需要相对宽的空间。而且，在TFT的饱和区的工作期间，电流关于电压类似于二次方曲线增大，因此从二极管特性的立场来看并不是优选的。

发明内容
本发明的一个目标是提供一种节约空间并具有ESD保护电路的液晶显示装置，该ESD保护电路具有极好的二极管特性，并且提供一种不增加光刻工艺的液晶显示装置的制造方法。
根据本发明具有ESD保护电路的液晶显示装置包括经层间绝缘膜形成在绝缘衬底上的源电极和漏电极，在所述源电极和所述漏电极上部分地具有相对薄的薄膜部分的栅极绝缘膜，以及形成在至少包括该薄膜部分的栅极绝缘膜上的栅极总线层，其中MIM结构由源电极、漏电极、薄膜部分中的栅极绝缘膜以及栅极总线层构成。
根据该结构，由于MIM结构被用作ESD保护电路，从而可能以较小的占用面积形成具有比采用TFT饱和区域的情况下的特性更好的特性的MIM结构，并因此实现节约空间以及高度集成。
根据本发明的液晶显示装置中，多个MIM结构优选串联连接。此外，根据本发明的液晶显示装置中，薄膜部分优选具有50nm或更小的厚度。
根据本发明的一种用于制造具有ESD保护电路的液晶显示装置的方法，包括步骤经过层间绝缘膜在绝缘衬底上形成源电极和漏电极；在源电极和漏电极上部分地形成具有相对薄的薄膜部分的栅极绝缘膜；以及在至少包括薄膜部分的栅极绝缘膜上形成栅极总线层，其中由源电极、栅电极、薄膜部分中的栅极绝缘膜和栅极总线层构成MIM结构。
在用于制造根据本发明的液晶显示装置的方法中，形成栅极绝缘膜中的薄膜部分的步骤优选包括步骤在栅极绝缘膜上形成有机膜；利用在薄膜部分曝光量相对小的掩模来曝光有机膜，显影该曝光的有机膜；通过减小显影的有机膜的厚度来曝光薄膜部分中的栅极绝缘膜；以及通过蚀刻该曝光的栅极绝缘膜形成凹部。
根据该方法，由于MIM用于ESD保护电路，可以较简单的工艺在较小的区域中形成ESD保护电路。在这种情况下，利用曝光量依赖位置变化的掩模允许不增加掩模工艺而形成ESD保护电路。
在根据本发明的液晶显示装置的制造方法中，掩模优选包括具有相对大的曝光量的部分，有机膜通过该部分曝光，以及在将曝光的有机膜显影的区域中形成接触孔。
在根据本发明的液晶显示装置的制造方法中，优选将半色调掩模(half-tonemask)或衍射掩模用作相应于形成有具有相对小的曝光量的薄膜部分的区域的掩模。


图1示出了常规ESD保护电路，图1(a)示出了一等效电路，以及图1(b)示出了ESD保护电路中的布线图；图2是沿着图1(b)中的II-II线的截面图；图3示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路，图3(a)示出了等效电路，以及图3(b)示出了ESD保护电路中的布线图；图4是沿着图3(b)中的IV-IV线的截面图；图5示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路的电流-电压特性图；图6示出了常规ESD保护电路的电流-电压特性图；图7(a)至7(c)示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路的制造工艺；以及图8(a)至8(c)示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路的制造工艺。
具体实施例方式
现在参考附图，将在下面详细说明本发明的实施例。
图3示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路，图3(a)示出了等效电路，以及图3(b)示出了ESD保护电路中的布线图。
图3(b)中，MIM(金属-绝缘体-金属)23包括源极总线21以及设置在源极总线21上的栅极总线层(栅极总线和护圈)22，该MIM 23用于ESD保护电路。更尤其，该MIM 23的二极管被用作ESD保护电路。如图3(a)中所示，在此将说明串联连接三个MIM的情况。
当ESD保护电路中发生漏电时，整个装置的能量消耗增加。因此，以减少泄漏电流的立场，尽可能多地串联连接二极管用于ESD保护电路是优选的。
图4是沿着图3(b)中的IV-IV线的截面图。图4中，氧化硅膜(例如，SiO2)31形成在玻璃衬底30上，该氧化硅膜31是层间绝缘膜，该玻璃衬底30是绝缘透明衬底。同样可能利用石英衬底或透明塑料衬底来代替玻璃衬底。当液晶显示装置是半透明型时，采用绝缘透明衬底，但是当液晶显示装置是反射型时，也可采用硅衬底。
源电极和漏电极形成在氧化硅膜31上。这些源电极和漏电极具有由ITO膜32和形成在ITO膜32上的金属膜33构成的双层结构，二者均为透明电极。源电极和漏电极并不局限于双层结构，也可由一层或三层或更多层构成。没有源电极和漏电极的间隙35形成在源电极和漏电极之间。
氮化硅膜34形成在源电极和漏电极上，以及间隙35中，该氮化硅膜34是栅极绝缘膜。该氮化硅膜(例如，SiNx)34具有相对厚的区域D1和相对薄的区域D2。氮化硅膜34的区域D2具有MM结构。该区域D2能够利用稍后将会说明的方法形成。鉴于这将为MIM保证足够的ON电流，区域D2优选具有50nm或更小的厚度。
栅极总线层36形成在具有该区域D2的氮化硅膜34上。这样，MIM结构形成在区域D2中。栅极总线层36利用光刻法并根据需要蚀刻而形成图案。
这样，MIM结构被用作本发明的具有ESD保护电路的液晶显示装置的ESD保护电路。因此，从图4中显而易见，三个MIM 23能够设置在窄的区域中。这使得可能实现节约空间以及装置的高度集成。
例如，在利用TFT的常规ESD保护电路的情况下，两个TFT对应于一个MIM。因此，如图4中所示，当建立具有三个MIM的等效电路时，需要形成六个TFT。当与形成有六个TFT的区域相比较时，形成有三个MIM的区域能够实现具有较小空间的ESD保护电路。
此外，如上所述，考虑到泄漏电流，用于ESD保护电路的二极管优选是串联连接。如在本发明的情况下，ESD保护电路通过MIM构成，每个MIM自身的结构简单，并且被MIM占用的面积小，因此串联连接多个MIM将不会产生大的难题。但是当多个TFT被串联连接时，各TFT自身的结构复杂，并且被TFT占用的空间大，因此不容易以小的空间构造具有TFT的结构。
图5示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路的电流-电压特性图，以及图6示出了常规ESD保护电路的电流-电压特性图。如图5中所示，MIM的电流-电压特性能够由I＝k[exp(V)-1]近似(其中，k常数，I电流，V电压)。另一方面，如图6中所示，TFT的饱和区的电流-电压特性能够由I＝k′(Vg-Vth)2(其中，Vg＞Vth)近似。图5和图6中，k和k′表示常数，I表示电流以及V表示电压。
从图5和图6显而易见，MIM的电流值的增大比TFT的陡。因此，当用作用于ESD保护电路的二极管时，MIM更好。
接着，将利用图7和图8说明根据本发明的具有ESD保护电路的液晶显示装置的制造方法。图7(a)至(c)和图8(a)至(c)示出了根据本发明的实施例的ESD保护电路的制造工艺首先，如图7(a)中所示，在玻璃衬底30上形成氧化硅膜31，该氧化硅膜31是层间绝缘膜。接着，在氧化硅膜31上一个接一个地形成ITO膜32和金属膜33，以及通过光刻工艺以及蚀刻工艺形成开口(间隙)35。该开口是开口宽度向着氧化硅膜31变窄的锥形，以提高其上形成的薄膜的覆盖率。
然后，在具有开口的金属膜33上形成氮化硅膜34，并且将用于有机膜37的材料涂覆到其上而后形成有机膜37。该有机膜37利用曝光量依赖位置而变化的掩模形成图案，该掩模例如半色调(half-tone)掩模。光致抗蚀剂等能够用作有机膜37的材料。
该半色调掩模具有遮蔽光的遮光部分，允许部分光通过的半透明部分(相对小的曝光量)，以及允许全部光通过的透明部分(相对大的曝光量)。设置半色调掩模的透明部分以使得相应于形成有接触孔的栅极绝缘膜的区域，设置遮光部分以使得相应于间隙35，以及设置半透明部分以使得相应于形成有MIM结构的区域。
当利用半色调掩模将有机膜暴露时，全部曝光通过透明部分，以及部分露光通过半透明部分。另一方面，没有光通过遮光部分。当显影工艺应用于曝光的有机膜时，相应于透明部分的部分37a中的大部分有机膜37被除去。此外，相应于半透明部分的部分37c的有机膜37被部分除去。另一方面，基本上保留了相应于遮光部分的部分37b的全部有机膜37。这样，如图7(a)中所示，通过单个掩模工艺形成由具有不同厚度的部分37a至37c组成的有机膜37。
接着，如图7(b)中所示，利用作为掩模的有机膜37通过开口37a暴露的氮化硅膜34经过干蚀刻以形成接触孔38。执行该干蚀刻以除去其中形成有接触孔的区域中的氮化硅膜34，并因此可能适当地改变所用的气体和条件。
接着，如图7(c)中所示，有机膜37经过干蚀刻，有机膜37的总厚度减小并将形成有MIM的区域X中的氮化硅膜34暴露(开口的形成)。这时，当有机膜37保留在其中形成MIM的区域X中的氮化硅膜34上时，优选通过灰化等除去有机膜37。
执行该干蚀刻以除去其中形成MIM的区域中的有机膜37，并因此可能适当地改变所用的气体和条件。此外，暴露的氮化硅膜34(其中形成MIM的区域)能够通过EPD(终点检测器)检测。此外，通过以感应耦合等离子体(ICP)方式或反应离子蚀刻(RIE)方式执行干蚀刻，可能均匀地减小有机膜37的厚度，并因此可能在干蚀刻后保持凸凹形。
接着，如图8(a)中所示，将减小了厚度的有机膜37d用作掩模，暴露的氮化硅膜34(形成有MIM的区域X)经过干蚀刻在其中形成MIM的区域X的氮化硅膜34中形成凹部39。执行该干蚀刻以除去其中形成凹部39的区域中的氮化硅膜34，并因此可能适当地改变所用的气体和条件。
接着，如图8(b)中所示，将氮化硅膜34上的有机膜除去，并在氮化硅膜34上形成栅极总线层36。这时，用于源电极和漏电极的金属膜33和栅极总线36在接触孔38的区域中连接。然后，如图8(c)中所示，栅极总线层36通过光刻工艺和蚀刻工艺形成图案。这样，可能形成用作ESD保护电路的具有MIM23的结构。
根据上述方法，与ESD保护电路利用TFT构造的情况相比，可能利用MIM制成ESD保护电路而不增加掩模工艺。
以这种方式制成阵列衬底，并利用标准方法制造对置的衬底，并且将这些阵列衬底和对置衬底装配成有源矩阵型液晶显示装置。
本发明并不局限于上述的实施例，而能够通过以各种方式改变条件、材料以及所用的气体而实现。例如，并不局限于用于上述实施例的材料和结构，而可利用能够表现出等效功能的供替换的材料和供替换的结构。即，上述实施例已经说明了将氧化硅膜用作层间绝缘膜，以及将氮化硅膜用作栅极绝缘膜的情况，但是任何其它材料如果其能够至少表现出等效功能，则也可用于本发明。此外，各膜的厚度如果其表现出各膜的功能则并不特别受限。
此外，上述的实施例已经说明了利用半色调掩模的情况，但是也可能利用具有遮光部分、透明部分和半透明部分(具有极限分辨率或更小的微图案部分)的衍射掩模以形成根据本发明的具有厚膜部分和开口的有机膜。在该衍射掩模的情况下，形成曝光设备的具有有限分辨率或更低的小图案，并且该部分用作半透明部分。当光通过该小图案被衍射时，该微弱光通过该掩模。
如上所述，本发明利用MIM结构作为ESD保护电路，并因此能够形成表现出优于较小的占用面积中采用TFT的饱和区的情况下的特性，并实现节约空间和高度集成。
此外，本发明对于ESD保护电路采用MIM，并因此能够用较简单的工艺以较小的面积形成ESD保护电路。在这种情况下，利用曝光量依赖位置而变化的掩模，可能在不增加掩模工艺的情况下形成ESD保护电路。
工业适用性本发明适用于有源矩阵型液晶显示装置。
权利要求
1.一种具有ESD保护电路的液晶显示装置，包括经过层间绝缘膜形成在绝缘衬底上的源电极和漏电极；在所述源电极和所述漏电极上部分地具有相对薄的薄膜部分的栅极绝缘膜；以及以及形成在至少包括所述薄膜部分的所述栅极绝缘膜上的栅极总线层，其中MIM结构由所述源电极、所述漏电极、所述薄膜部分中的所述栅极绝缘膜以及所述栅极总线层构成。
2.如权利要求1中的装置，其中多个所述MIM结构串联连接。
3.如权利要求1或2中的装置，其中所述薄膜部分具有50nm或更小的厚度。
4.一种具有ESD保护电路的液晶显示装置的制造方法，包括步骤经过层间绝缘膜在绝缘衬底上形成源电极和漏电极；在所述源电极和所述漏电极上部分地形成具有相对薄的薄膜部分的栅极绝缘膜；以及在至少包括所述薄膜部分的所述栅极绝缘膜上形成栅极总线层，其中由所述源电极、所述漏电极、所述薄膜部分中的所述栅极绝缘膜和所述栅极总线层构成MIM结构。
5.如权利要求4中的方法，其中所述形成所述栅极绝缘膜中的所述薄膜部分的步骤包括步骤在所述栅极绝缘膜上形成有机膜；利用在所述薄膜部分的曝光量相对小的掩模曝光所述有机膜，显影该曝光的有机膜；通过减小显影的有机膜的厚度暴露所述薄膜部分中的所述栅极绝缘膜；以及通过蚀刻所述暴露的栅极绝缘膜形成凹部。
6.如权利要求5中的方法，其中所述掩模包括具有相对大的曝光量的部分，所述有机膜通过所述部分曝光，并且在将曝光的有机膜显影的区域中形成接触孔。
7.如权利要求5或6中的方法，其中将半色调掩模或衍射掩模用作所述薄膜部分中的曝光量相对小的所述掩模。
全文摘要
氧化硅膜(31)上的各源电极和漏电极均具有ITO膜(32)、透明电极以及形成在ITO膜(32)上的金属膜(33)的双层结构。没有源极和漏极区域的间隙(35)形成在源电极和漏电极之间。氮化硅膜(34)(栅极绝缘膜)形成在源电极和漏电极上以及间隙(35)中。氮化硅膜(34)是具有相对大的厚度的第一区域D
文档编号G02F1/13GK1902539SQ200480039792
公开日2007年1月24日 申请日期2004年12月14日 优先权日2004年1月5日
发明者田中秀夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司