专利名称：半色调掩模及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半色调掩模及其制造方法，用来减少形成多个半透过部的半透过材料的数目以及过程的数目，从而减少制造成本。
背景技术：
一般地说，液晶显示(LCD)使用电场控制具有介电各向异性的液晶的光透射率， 从而显示图像。为此，LCD包括用于利用液晶单元矩阵显示图像的液晶显示板以及用于驱动所述液晶显示板的驱动电路。一种现有的液晶显示板包括彩色滤光片基底和薄膜晶体管基底，这两种基底相互结合在一起，其中间具有液晶。所述彩色滤光片基底包括黑矩阵、彩色滤光片和普通电极，它们顺序地被置于上玻璃基底上。所述薄膜晶体管基底包括薄膜晶体管和像素电极，它们被提供给下玻璃基底上的每个单元，该单元由横越数据线的栅线限定。所述薄膜晶体管根据来自栅线的栅信号将来自数据线的数据信号施加在所述像素电极上。由透明导电层形成的像素电极提供来自所述薄膜晶体管的数据信号以驱动液晶。所述薄膜晶体管基底通过许多掩模过程形成，其中，形成源和漏电极以及半导体图案的过程使用单个半色调掩模，以减少掩模过程的数目。
发明内容
技术问题此时，所述半色调掩模包括用于阻挡紫外光的阻挡区、使紫外光部分透射的半透过区、以及使紫外光透过的透射区。所述半色调掩模上的半透过区可以形成有多个半透过部，每个半透过部具有不同的透射率。使用具有不同透射率的半透过材料形成所述多个半透过部。就是说，需要具有不同半透过材料的三种半透过部来形成具有三种不同透射率的半色调掩模。具有三种不同透射率的半色调掩模的形成方法可以包括层叠第一半透过材料， 通过进行光刻和刻蚀过程使该第一半透过材料图案化，在其上层叠第二半透过材料，通过进行光刻和刻蚀过程使该第二半透过材料图案化，层叠第三半透过材料，通过进行光刻和刻蚀过程使该第三半透过材料图案化。因此，形成所述半色调掩模的常规方法的不利之处在于，由于必须进行若干光刻和刻蚀过程以形成具有不同半透过材料的多个半透过部，所以过程的数目、时间和制造成本增加。技术方案公开本发明以避免上述不利，本发明的优点是，提供一种半色调掩模及其制造方法，用来减少形成多个半透过部的半透过材料的数目以及过程的数目，从而减少制造成本。在本发明的一个总的方面，提供一种半色调掩模，其包括基底；透射区，形成在
3所述基底上以透射预定波长的辐射光；以及半透过区，形成在所述基底上，具有由两种或多种半透过材料交替层叠的多个层，并且半透过区形成有根据层叠的半透过材料的数目具有不同透射率的多个半透过部。在一些示例性实施例中，所述半色调掩模还可以包括具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层形成在具有交替层叠的多种半透过材料的上表面或下表面上。在一些示例性实施例中，所述多个半透过部可以形成为根据叠层的数目具有范围在5 % -80 %内的光透射率差异。在一些示例性实施例中，所述半透过材料可以包括Cr、Si、Mo、Ta、Ti、和Al作为主元素，或包括用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者可以是一种在所述主元素中添加有Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料。在一些示例性实施例中，所述至少两种或多种半透过材料中的每种材料可以用具有不同刻蚀比的半透过材料形成。在一些示例性实施例中，所述半透过区可以包括第一半透过部、第二半透过部和第三半透过部，所述第一半透过部交替层叠有第一半透过材料和第二半透过材料以使光的透过率多达，其中，所述半透过区用所述第一半透过材料和所述第二半透过材料交替形成，所述第二半透过部交替层叠有所述第一半透过材料和所述第二半透过材料以使光的透过率多达，其中，所述第二半透过部比所述第一半透过部具有较少的半透过材料数目， 以及所述第三半透过部交替层叠有所述第一半透过材料和所述第二半透过材料以使光的
透过率多达ζ%，其中，所述第三半透过部比所述第二半透过部具有较少的半透过材料数目。在本发明的另一总的方面，一种半色调掩模的制造方法包括在基底上用至少两种或多种半透过材料交替层叠多层；在所述交替层叠的至少两种或多种半透过材料上层叠阻挡层；一步步刻蚀所述交替层叠两种或多种半透过材料，以形成具有不同高度的多个半透过部。在一些示例性实施例中，所述多个半透过部形成为根据层叠的半透过材料的数目具有范围在5% -80%的光透射率。在一些示例性实施例中，所述一步步刻蚀交替层叠的两种或多种半透过材料以形成具有不同高度的多个半透过单元的步骤包括在至少交替层叠有两种或多种半透过材料的所述阻挡层上层叠光刻胶，以使每层光刻胶都具有台面；以及利用形成有台面的所述光刻胶作掩模顺序刻蚀露出的所述阻挡层和交替层叠的所述两种或多种半透过材料，以使所述阻挡层和所述半透过材料具有互不相同的高度。在一些示例性实施例中，所述至少两种或多种半透过材料中的每种半透过材料都具有不同的刻蚀比。在一些示例性实施例中，所述半透过材料为一种以Cr、Si、Mo、Ta、和Al之一作为主元素的材料，或为一种用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者为一种在所述主元素中添加有Cox、Ox, Nx中的至少一种的材料。有益效果本发明的优点在于，一种半透过掩模包括多个半透过部，这多个半透过部交替层叠两种半透过材料，并根据这两种半透过材料的层叠高度具有不同的光透过率，使得对交
4替层叠的这两种半透过材料一步步刻蚀，以形成不同的层叠高度，以及形成具有不同透射率的多个半透过部，由此，使用至少两种或多种半透过材料以及通过一步步刻蚀形成具有不同透射率的多个半透过部，从而减少了半透过材料和制造过程的数目，并且由于时间和成本的减少增加了产率。
图1是剖视图，示出了本发明的一个示例性实施例所述的半色调掩模；图2到图12是剖视图，示出了图1中的示例性实施例所述的半色调掩模的制造过程；以及图13是剖视图，示出了本发明的另一个示例性实施例所述的半色调掩模。
具体实施例方式下面将参考附图详细描述本发明的配置和操作。图1是剖视图，示出了本发明的一个示例性实施例所述的半色调掩模。参看图1，半色调掩模100包括基底102上的阻挡区(Si)、具有多个半透过部的半透过区(S3、S4、S5)以及透射区(S2)。基底102可以是透明基底(例如，石英)，它能够完全透射预定波段的辐射光。然而，该基底不限于石英，可以是任何能够透光的材料。半透过区(S3、S4、S5)可以包多个半透过部，以便以相互不同的透射率透射照在所述基底上的预定波段的光。半透过区(S3、S4、SO可以由光刻胶图案来形成，通过在光刻胶处理过程的曝光过程中部分地透射紫外光，在显影过程之后，每个光刻胶图案具有不同的厚度。更具体地说，半透过区(S3、S4、SQ可以包括多个半透过部，每个半透过部通过使用至少两种或多种半透过材料112、114而具有不同的透射率。就是说，半透过区(S3、S4、 S5)交替层叠有至少两种或多种半透过材料112、114，并且根据交替形成的所述至少两种或多种半透过材料112、114的数目，可以形成透射率各不相同的所述多个半透过部。下面，通过一种情形来例示半透过区(S3、S4、S5)，在这种情形中，第一和第二半透过材料112、114交替层叠了 4层。就是说，半透过区(S3、S4、S5)包括第一半透过部(S!3)、第二半透过部(S4)和第三半透过部(S5)，第一半透过部(S； )在基底102上层叠第一半透过材料114，以使光的透射率高达X%，第二半透过部(S4)在第一半透过材料114上层叠第二半透过材料112，以使光的透射率高达Y%，第三半透过部(SO用第一半透过材料114和第二半透过材料112交替层叠3层，以使光的透射率高达Z%，其中，和分别限定了范围在5% -80% 的辐射光透射率。就是说，可以形成多个半透过部，以便根据层叠层的数目具有范围在 5% -80%的不同的光透射率。此处，第一和第二半透过材料114、112可以是一种以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al之一作为主元素的材料或用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者是在所述主元素材料或所述复合材料中添加Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料，其中，χ为自然数，它随着元素的组合而变。
第一和第二半透过材料114、112的成分是可以变化的，只要部分预定波长的辐射光可透射即可。在本发明中，第一和第二半透过材料114、112的成分，例如，所述层叠的半透过材料 114、112 的成分，可以是从 Crx0y、CrxCOy, CrxOyNz, SixOy, SixOyNz, SixCOy, SixCOyNz, MoxSiy, MoxOy, MoxOyNz, MoxCOy, MoxOyNz, MoxSiyOz, MoxSiyOzN, MoxSiyCOzN, MoxSiyCOz, TaxOy, TaxOyNz, TaxCOy, TaxOyNz, AlxOy, AlxCOy, AlxOyNz, AlxCOyNz, TixOy, TixOyNz, TixCOy 组中选出的任一成分或其复合成分，其中，下标χ、y和ζ是自然数，限定了每种化学元素的数目。优选地，在第一和第二半透过材料114、112由Crx0y、CrxC0y、Crx0yNz形成的情形中， 可以使用所述列出的半透过材料中具有Cr的可选择性刻蚀的第二半透过材料114。就是说，第一和第二半透过材料114、112每个都必须用这样的半透过材料来形成，每个这种半透过材料在所述列出的半透过材料中具有不同的刻蚀比。如上所述，通过交替形成多个第一和第二半透过材料114、112，可以形成第一到第 m半透过部，其中，m是大于1的自然数，每个半透过部都可以根据层叠层的数目具有不同透射率，这一点可以参考图13来说明。参考图13，半透过区(S3、S4、S5)可以包括用多个第一半透过材料114和多个第二半透过材料112交替层叠成的第一半透过部(S3)，以使光透射率高达X%，其中所述半透过区用所述第一半透过材料和所述第二半透过材料交替形成；用所述第一半透过材料和所述第二半透过材料交替层叠成的第二半透过区(S4)，以使光透射率高达，其中，所述第二半透过区比所述第一半透过区具有较少的半透过材料的数目；用所述第一半透过材料和所述第二半透过材料交替层叠成的第三半透过区(S5)，以使光透射率高达Υ%，其中，所述第三半透过区比所述第二半透过区具有较少的半透过材料的数目。就是说，通过交替层叠至少两种或多种半透过材料，半色调掩模可以形成为具有多个半透过部，每个半透过部根据层叠层的数目具有不同的透射率。通过在曝光过程期间遮挡紫外光，在显影过程之后，阻挡区Sl剩下光刻胶图案。 最终，通过使阻挡层层叠在多个第一半透过材料114和多个第二半透过材料112上，阻挡区 Sl阻挡紫外光。下面将参考图2到图12来描述包括透射区S2、阻挡区Sl和半透过区(S3、S4、S5) 的半色调掩模的形成过程。图2到图12是剖视图，示出了图1中的示例性实施例所述的半色调掩模的制造过程。尽管通过交替层叠所述第一和第二半透过材料可以形成多个层，但在本示例性实施例中，将描述这样的情形，其中，交替层叠所述第一和第二半透过材料以形成4层。参看图2，通过溅射、化学气相沉积等，在基底102上交替层叠所述第一和第二半透过材料114、112，形成4层，随后在其上顺序层叠阻挡层110和光刻胶120。更具体地说，第一和第二半透过材料114、112可以是一种以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al 之一作为主元素的材料或用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者是在所述主元素材料或所述复合材料中添加Cox、Ox、Nx中的至少一种的材料，其中，χ为自然数，它随着元素的组合而变。第一和第二半透过材料114、112的成分是可以变化的，只要部分预定波长的辐射光可透射即可。在本发明中，第一和第二半透过材料114、112的成分可以是从Crx0y、CrxC0y、CrxOyNz, SixOy, SixOyNz, SixC0y、SixCOyNz, MoxSiy, MoxOy, MoxOyNz, MoxCOy, MoxOyNz, MoxSiyOz, MoxSiyOzN, MoxSiyCOzN, MoxSiyCOz、TaxOy, TaxOyNz, TaxCOy, TaxOyNz, AlxOy、AlxCOy、AlxOyNz、 AlxCOyNz> TixOy, Tix0yNz、TixCOy组中选出的任一成分或其复合成分。优选地，在第一和第二半透过材料114、112由Crx0y、CrxC0y、Crx0yNz形成的情形中， 可以使用所述列出的半透过材料中具有Cr的可选择性刻蚀的第二半透过材料114。就是说，第一和第二半透过材料114、112每个都必须用这样的半透过材料来形成，每个这种半透过材料在所述列出的半透过材料中具有不同的刻蚀比。此外，阻挡层110可以用能够阻挡紫外光的材料来形成，例如，所述阻挡层可以用 Cr和CrxOy形成的膜来形成。参看图3，在对形成在阻挡层110上的光刻胶120进行刻画并显影之后，可以形成第一和第二光刻胶图案120a、120b，每个光刻胶图案都具有台面，并且在形成透射区S2的地方对阻挡层进行曝光。更具体地说，通过调节激光束的强度将激光束照射到光刻胶120上来形成第一和第二光刻胶图案120a、120b，每个光刻胶图案具有不同的厚度。第一光刻胶图案120a位于阻挡层Si、第一半透过部S3和第三半透过部S5应该形成的地方，而第二光刻胶图案120b 位于第二半透过部S4应该形成的地方。在透射区S2应该形成的地方露出阻挡层110。参看图4，使用留在阻挡层110上的第一和第二光刻胶图案120a、120b作掩模被露出的阻挡层Iio以及第一和第二半透过材料114、112通过刻蚀过程被去掉。更具体地说，通过使用所述第一和第二半透过材料上的阻挡层110和第一和第二光刻胶图案120a、120b作掩模的刻蚀过程露出基底102，从而形成透射区S2。参看图5，通过使用氧(O2)等离子体的刻蚀过程使第一光刻胶图案120a变薄，并去掉第二光刻胶图案120b。在通过去掉第二光刻胶图案120b形成透射率为的第二半透过部S4的地方露出阻挡层110。参看图6，利用留在阻挡层110上的第一光刻胶图案120a作掩模通过刻蚀过程顺序去掉应该形成第三半透过部S5的地方露出的阻挡层110、第二半透过材料112和第一半透过材料114。于是，形成了第二半透过部S4，在第二半透过部S4处，第一和第二半透过材料114、112层叠在基底102上。随后，通过脱模过程，去掉留在基底102上的第一光刻胶图案 120a。参看图7，在形成有阻挡区Si、透射区S2和第二半透过部S4的基底102上形成光刻胶120。在对光刻胶120进行刻画和显影之后，形成第一和第二光刻胶图案120a、120b， 每个光刻胶图案都具有台面。更具体地说，通过调节激光束的强度将激光束照射到光刻胶120上来形成第一和第二光刻胶图案120a、120b，每个光刻胶图案具有不同的厚度。第一光刻胶图案120a位于阻挡区Si、透射区S2和第二半透过部S4应该形成的地方，而第二光刻胶图案120b位于第三半透过部S5应该形成的地方。在第一半透过部S3应该形成的地方露出阻挡层110。参看图8，利用第一和第二光刻胶图案120a、120b作为基底102上的掩模露出阻挡层110，随后通过刻蚀过程顺序去掉第二半透过材料112和第一半透过材料114。于是，在第一半透过部S3应该形成的地方留下第一和第二半透过材料114、112。参看图9，通过使用氧(O2)等离子体的刻蚀过程使第一光刻胶图案120a变薄，并
7去掉第二光刻胶图案120b。在通过去掉第二光刻胶图案120b形成光透射率为的第三半透过部S5的地方露出阻挡层110。参看图10，通过刻蚀过程将使用第一光刻胶图案120a作为基底102上的掩模露出的阻挡层110去掉，然后去掉第二半透过材料112，如图11所示。接着参看图12，通过脱模过程去掉留在基底102上的第一光刻胶120a，以形成具有多个半透过部的半色调掩模，每个半透过部具有不同的透射率。于是，透射区S2露出基底102以使照射到基底102上的光透射过去，以及第一和第二半透过材料114、112在基底 102上交替层叠4层，在其上形成有阻挡层110，从而形成阻挡区Si。此外，具有多个透射率不同的半透过部的半透过区形成有第一半透过部S3、第二半透过部S4和第三半透过部S5，第一半透过部S3通过在所述基底上层叠第一半透过材料而具有的透射率，第二半透过部S4通过在所述基底上层叠第一和第二半透过材料114、 112而具有的透射率，第三半透过部S5在所述基底上交替层叠3层第一和第二半透过材料114、112而具有的透射率。如上所述，第一和第二半透过材料114、112可以通过形成多层所述半透过材料 (每种半透过材料具有不同的刻蚀比)之后逐渐一步一步的刻蚀过程形成多个半透过部， 每个半透过部具有不同的透射率。就是说，通过只使用所述第一和第二半透过材料可以提供具有多个半透过部的半色调掩模，每个半透过部具有不同的透射率。同时，尽管本示例性实施例描述了使用所述第一和第二半透过材料只形成所述第一、第二和第三半透过部的方法，根据所述第一和第二半透过材料的层叠层的数目可以形成多个具有不同透过率的半透过部。此外，除了所述第一和第二半透过材料外，还通过层叠以及一步步刻蚀第一到第η 半透过材料，可以形成具有第一到第m半透过部的多个半透过部，其中，η和m是大于1的自然数。工业实用性本发明在工业上的实用性在于，半透过掩模包括多个半透过部，这多个半透过部交替层叠两种半透过材料，并根据这两种半透过材料的层叠高度具有不同的光透过率，使得对交替层叠的这两种半透过材料一步步刻蚀，以形成不同的层叠高度，以及形成具有不同透射率的多个半透过部，由此，使用至少两种或多种半透过材料以及通过一步步刻蚀形成具有不同透射率的多个半透过部，从而减少了半透过材料和制造过程的数目，并且由于时间和成本的减少增加了产率。
权利要求
1.一种半色调掩模，包括基底；透射区，形成在所述基底上以透射预定波长的辐射光；以及半透过区，形成在所述基底上，具有由两种或多种半透过材料交替层叠的多个层， 并且半透过区形成有根据层叠的半透过材料的数目具有不同透射率的多个半透过部。
2.根据权利要求1所述的半色调掩模，其中，该半色调掩模还包括具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层形成在交替层叠的多种半透过材料的上表面或下表面上。
3.根据权利要求1所述的半色调掩模，其中，所述多个半透过部形成为根据叠层的数目具有范围在5% -80%内的光透射率差异。
4.根据权利要求1所述的半色调掩模，其中，所述半透过材料包括以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、 Al、Zr、Sn、Zn、In、Mg、Hf、V、Nd、Ge、MgO-Al2O3或Si3N4之一作为主成分或用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者包括添加有Cox、Ox、Nx, Cx、Fx和Bx中的至少一种的单个所述主成分或所述复合材料，其中，下标χ为自然数，限定了每种化学元素的数目。
5.根据权利要求1所述的半色调掩模，其中，所述至少两种或多种半透过材料中的每种材料用具有不同刻蚀比的半透过材料形成。
6.根据权利要求1所述的半色调掩模，其中，所述半透过区包括第一半透过部、第二半透过部和第三半透过部，所述第一半透过部交替层叠有第一半透过材料和第二半透过材料以使光的透过率多达，其中，所述半透过区用所述第一半透过材料和所述第二半透过材料交替形成，所述第二半透过部交替层叠有所述第一半透过材料和所述第二半透过材料以使光的透过率多达，其中，所述第二半透过部比所述第一半透过部具有更少的半透过材料数目，以及所述第三半透过部交替层叠有所述第一半透过材料和所述第二半透过材料以使光的透过率多达ζ%，其中，所述第三半透过部比所述第二半透过部具有更少的半透过材料数目。
7.一种半色调掩模的制造方法，包括在基底上用至少两种或多种半透过材料交替层叠多层；在所述交替层叠的至少两种或多种半透过材料上层叠阻挡层；一步步刻蚀所述交替层叠的两种或多种半透过材料，以形成具有不同高度的多个半透过部。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个半透过部形成为根据层叠的半透过材料的数目具有范围在5% -80%的光透射率。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述一步步刻蚀交替层叠的两种或多种半透过材料以形成具有不同高度的多个半透过单元的步骤包括在至少交替层叠有两种或多种半透过材料的所述阻挡层上层叠光刻胶，以使每层光刻胶都具有台面；以及利用形成有台面的所述光刻胶作掩模顺序刻蚀露出的所述阻挡层和交替层叠的所述两种或多种半透过材料，以使所述阻挡层和所述半透过材料具有互不相同的高度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述至少两种或多种半透过材料中的每种半透过材料都具有不同的刻蚀比。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述半透过材料包括以Cr、Si、Mo、Ta、Ti、Al、 Zr、Sn、Zn、h、Mg、Hf、V、Nd、Ge、MgO-Al2O3或Si3N4之一作为主成分或用至少两种或多种所述元素混合成的复合材料，或者包括添加有Cox、Ox、Nx, Cx、Fx和Bx中的至少一种的单个所述主成分或所述复合材料，其中，下标χ为自然数，限定了每种化学元素的数目。
全文摘要
本发明涉及一种半色调掩模及其制造方法，用来减少形成多个半透过部的半透过材料的数目以及过程的数目，从而减少制造成本，其中，所述半色调掩模包括基底；透射区，形成在所述基底上以透射预定波长的辐射光；以及半透过区，形成在所述基底上，具有由两种或多种半透过材料交替层叠的多个层，并且半透过区形成有根据层叠的半透过材料的数目具有不同透射率的多个半透过部；以及具有阻挡层的阻挡区，该阻挡层形成在具有交替层叠的多种半透过材料上。
文档编号H01L21/027GK102449736SQ201080023385
公开日2012年5月9日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者金武成 申请人:Lg伊诺特有限公司