CN100371814C - 薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法，其包括提供表面具有绝缘层的透明衬底；在绝缘层上依次形成第一金属层与第二金属层；利用半色调光罩制程与蚀刻制程在像素电极接触点区域中移除第二金属层并留下第一金属层，并同时形成源极与漏极导线；在该第二金属层上形成保护层；以及在保护层上形成透明像素电极，使像素电极接触点区域中第一金属层与透明像素电极接触；本发明的像素电极接触点不仅可提供像素电极与漏极导线的低电阻接触，并可防止漏极导线与储存电容间的漏电。

Description

薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器的像素电极接触点的制造方法与结构，尤指一种适用于薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制造方法与结构。

背景技术

目前在薄膜晶体管液晶显示面板的制造上，由于光刻制程非常昂贵，因此已有人将所需光罩数尽可能地降低至四～五道光刻步骤的制程。然而在减少光刻步骤的制程下，像素电极与漏极导线的接触点位置上常会产生缺陷，而不利于显示器的工作，详细描述如下。

一般单一像素区域的电路结构如图1所示，包含晶体管1、像素电极2、与储存电容(storage capacitor)3，以及彼此垂直交错排列的一个信号线(图中标示Vs)与一个扫描线(图中标示Vg)，另外有一共通信号线(图中标示Vcs)，其与扫描线彼此平行排列；其中薄膜晶体管1的源极、栅极和漏极分别与信号线、扫描线以及像素电极相连，且漏极与位于储存电容3的上电极相连；在薄膜晶体管1开启时，信号线所传递的信号不仅可直接传送至像素电极2进行利用，亦可传送至储存电容3中储存，使下一次扫描线开启薄膜晶体管1前，像素电极2仍可维持一特定量的电荷，而使面板不致有辉点产生。

然而已知显示器的制作过程中，晶体管区域如图2a所示，在一个玻璃衬底20上形成栅极金属层10，再在栅极金属层10上形成栅极绝缘层30，此时图样化的非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b形成于栅极绝缘层30上，其后再形成图样化的源极与漏极导线金属层，其中，该源极与漏极导线金属层均由钛金属层40b与铝金属层40a共同组成，而钛金属层40b夹置于铝金属层40a与半导体欧姆接触层50b之间；最后形成第二绝缘层70与有机树脂层80，再将像素电极90覆盖于有机树脂层80上，即完成显示器的其中一个面板的制作。

在此同时，像素电极接触点区域请参照图2b所示，玻璃衬底20上形成的栅极金属层10在此区域是作为储存电容的下电极板，且非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b在此区域中被完全移除，此外，像素电极90藉由位于第二绝缘层70与有机树脂层层80的接触孔60，直接与铝金属层40a发生接触。此区域的钛金属层40b与铝金属层40a共同作为储存电容的上电极板，且是由薄膜晶体管的漏极导线延伸而出。由于像素电极90的材料选自于氧化铟(ITO)，而ITO与铝金属层40a的接触点会产生电化学反应，容易造成接触点的电阻过高，而影响液晶的正常电压驱动。

目前常用解决上述问题方式如图3a与3b所示，其中图3b是沿图3a的A-A’线的剖面图。在此显示器中，晶体管的制作与图2a完全相同，但在像素电极接触区域中，加入非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b作为蚀刻形成接触孔60(图3a中的虚线60a内侧)时的缓冲层。由于蚀刻接触孔60时会蚀刻移除部分位于像素电极接触区域的非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b，ITO会直接与栅极绝缘层30接触，并由于铝金属的过蚀刻所造成的切底(undercut)，故ITO的侧边部分主要与钛金属层40b接触。

更详细地说，在作为薄膜晶体管的通道的非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b形成于栅极绝缘层30上的同时，在像素电极接触点区域中如图3a所示的方框50内部，会保留矩形的非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b，随后如图3a所示的40的斜线部分区域内，形成图样化的钛金属层40b与铝金属层40a，接着覆盖第二绝缘层70与有机树脂层80，最后将图3a中所标示的虚线60a进行蚀刻，形成接触点孔60。在此蚀刻制程中，由于其他区域中(未显示于图中)会形成其他接触点窗，例如同时在其他区域蚀刻至裸露栅极金属层10或扫描信号线等，作为连接栅极导线与扫描信号线的接触点窗，故此蚀刻通常会包含过蚀刻(over-etch)以确保栅极金属层10可露出。若在像素电极接触点区域中保留非晶硅层50a与半导体欧姆接触点层50b，可防止栅极绝缘层30因过蚀刻而变得过薄。在像素电极接触点区域中，过薄的栅极绝缘层30会造成漏极导线至储存电容的下电极板间的漏电，而使储存电容丧失电荷储存功能。然而栅极绝缘层30通常由氮化硅以化学气相沉积法所形成，因此一般在过蚀刻时，虽存在非晶硅层50a与半导体欧姆接触层50b的缓冲层，仍会在栅极绝缘层30表面形成凸块而造成漏电，使储存电容丧失电荷储存功能。

发明内容

利用本发明像素电极接触点的制作方法所产生的薄膜晶体管液晶显示器，可在不增加光罩数的情况下，降低像素电极接触点的电阻，且在不更换薄膜晶体管的源极与漏极导线材料的情况下，降低漏极导线与像素电极接触点间的电阻，使储存电容除降低漏电量之外，更可提升电容值，进而达到高零辉点率。

本发明一种薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法，包括：提供一个表面具有第一绝缘层的透明衬底，在所述第一绝缘层与所述透明衬底之间包括具有图样的第三金属层为薄膜晶体管的栅极；在所述第一绝缘层上形成具有图样化的非晶硅层与半导体欧姆接触层，所述非晶硅层与半导体欧姆接触层在像素电极接触点区域中会被完全去除；在所述第一绝缘层上形成第一金属层与第二金属层，其中第一金属层介于第二金属层与第一绝缘层之间；利用一半色调光罩制程(halftone photolithography)在第二金属层上形成一个具有图样和不同厚度的光阻层，经一蚀刻制程后在一个像素电极接触点区域中移除第二金属层并留下第一金属层；在第二金属层上形成一个图样化的第二绝缘层；以及在第二绝缘层上形成一个透明像素电极，使像素电极接触点区域中的第一金属层仅与透明像素电极接触。

本发明还提供一种使用上述方法制做的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点，其包括：一个表面具有第三金属层的透明衬底，第一绝缘层，一个具有图样的金属导线，一个保护层，一个接触孔，以及一个透明像素电极。其中透明衬底上具有第三金属层，该第三金属层及该透明衬底上覆盖该第一绝缘层，在所述第一绝缘层上形成具有图样化的非晶硅层与半导体欧姆接触层，所述非晶硅层与半导体欧姆接触层在像素电极接触点区域中会被完全去除，而该第一绝缘层上形成有第一金属层及第二金属层。其中该第一金属层介于该第二金属层及第一绝缘层之间，且该第二金属层相对于该第三金属层的上方具有一个开口，以露出该第一金属层。该保护层位于该第一金属层及该第二金属层上方，且该保护层具有一个含硅的第二绝缘层及一个有机树脂层。其中该第二绝缘层覆盖于该第一金属层及该第二金属上方，介于该第一绝缘层及该有机树脂层间。位于该第二金属层上方的接触孔，藉由该接触孔穿过该保护层，露出该第一金属层。该透明像素电极，形成于该保护层上，并延伸于该接触孔仅与该金属导线的第一金属层电性连接。

在本发明的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点结构与制作方法中，薄膜晶体管的源极/漏极导线优选由第一金属层与第二金属层组成，但不限于仅用两层金属层。第一金属层与第二金属层的材料并无限制，仅需第一金属层与像素电极不产生电化学反应且提高电阻值者均可适用，在现有工艺中，第一金属层一般为钛金属，第二金属层一般为铝金属，而透明像素电极一般为氧化铟(ITO)，因其相较于氧化铟锌(IZO)成本较低。

本发明薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点结构与制作方法中，半色调光罩制程使用一具有第一部分、第二部分及第三部分光穿透率的光罩，其中第一部分的光穿透率介于第二部分与第三部分之间，用以曝光位于像素电极接触点区域中的光阻。而当光阻层的材料为正光阻，则光罩的第一部分优选为半透光材料、第二部分优选为不透光材料、第三部分优选为透光材料构成。本发明薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点结构与制作方法中，对应于光罩的第一部分、第二部分及第三部分，光阻层分别具有第一厚度、第二厚度及第三厚度，其中第一厚度位于像素电极接触点区域中，此外第二厚度较第一厚度厚，第三厚度较第一厚度薄；而第二厚度一般位于薄膜晶体管的源极与漏极导线区域。

本发明的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法中，蚀刻第二金属层与第一金属层的方法并无限定，但须使光阻层的第一厚度区域下裸露出第一金属层，光阻层的第二厚度区域下优选保留第二金属层与第一金属层，位于光阻层的第三厚度区域下方的第二金属层优选以第一湿蚀刻去除，位于光阻层的第三厚度下方的第一金属层优选以第一干蚀刻去除，更优选为同时去除光阻层的第一厚度区域的光阻；而位于光阻层的第一厚度区域下方的第二金属层优选以第二湿蚀刻去除。

本发明的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法中，第二绝缘层及有机树脂层一般为已知的保护层，而在形成第二绝缘层后，优选再形成一有机树脂层于第二绝缘层上，以提供像素电极一个平坦化的平面沉积。

附图说明

图1是薄膜晶体管液晶显示器的单一像素区域的电路示意图；

图2a是已知的薄膜晶体管液晶显示器的晶体管区域的剖面示意图；

图2b是已知的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极与第二金属层不良接触方式的剖面示意图；

图3a是另一已知的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点区域的上侧示意图；

图3b是图3a的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点区域的剖面示意图；

图4是本发明的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的上侧示意图；

图5a～5f是本发明的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作流程图。

具体实施方式

为更了解本发明的技术内容，特举薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法的优选具体实施例说明如下。

本实施例中薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法，请参考图4与图5a～5f，其为图4中标示为A的区域。首先提供一个表面具有一图样化的第三金属层120与第一绝缘层130的透明衬底110，其中第三金属层120位于第一绝缘层130与透明衬底110之间。此外薄膜晶体管的栅极导线由此第三金属层120组成，栅极绝缘层则由第一绝缘层130组成。再在第一绝缘层130上形成具有图样化的非晶硅层与半导体欧姆接触层，例如可依次沉积非晶硅层与半导体欧姆接触层后，并利用半色调光罩制程与蚀刻制程形成薄膜晶体管的通道区以及与源极/漏极导线相连的欧姆接触点区，此非晶硅层与半导体欧姆接触层在像素电极接触点区域中会被完全去除，故未显示于图5a～5f中。接着在第一绝缘层130上依次沉积钛金属层140a与铝金属层140b，并涂覆上光阻层160，此时结构即如图5a所示。

接着利用一半色调光罩制程使该光阻层曝光以图样化，此光罩具有第一部分、第二部分及第三部分的三种光穿透率，其中该第一部分的光穿透率介于该第二部分与该第三部分之间；优选当光阻层的材料为正光阻时，第一部分为半透光材料，光穿透率优选为约30％；第二部分为不透光材料，光穿透率优选为约0％；第三部分为透光材料，光穿透率优选为约100％。故光阻层160有第一厚度区210a、第二厚度区210b及第三厚度区210c，其中第二厚度较第一厚度厚，第三厚度较第一厚度薄，而像素电极接触点(即图4中之方框220)位于第一厚度区210a内，薄膜晶体管的源极与漏极导线位于第二厚度区210b内，此时结构即如图5b所示。

此时首先利用第一湿蚀刻去除位于第三厚度区210c的铝金属层140b。接着利用干蚀刻去除位于第三厚度区210c的钛金属层140a并同时去除位于第一厚度区210a的光阻层160，此时结构即如图5c所示。接着利用第二湿蚀刻去除位于第一厚度区210a的铝金属层140b，此时结构即如图5d所示。铝金属层140b与钛金属层140a即完成图样化，而在像素电极接触点区域中铝金属层140b被移除，钛金属层140a则被保留下来。而薄膜晶体管的源极与漏极导线位于第二厚度区210b内，故具有铝金属层140b与钛金属层140a。

在钛金属层140a上依次形成第二绝缘层170与有机树脂层180，此时结构即如图5e所示。最后覆盖一个光阻层(未显示于图中)并定义出像素接触点区域，如图4所示的方框220内部。随后蚀刻有机树脂层180与第二绝缘层层170，形成接触点窗190，使钛金属层140a暴露在外。在有机树脂层180上形成ITO的透明像素电极200，使像素电极200在像素电极接触点区域中与钛金属层140a接触，此时结构即如图5f所示。

本实施例中薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法，利用铝金属层与钛金属层做为源极/漏极导线，而铝金属具有良好导电性，故可将金属线宽设计缩窄，而增加像素的开口率。而由于ITO相较于其他像素电极材料时，为一廉价材料，故可减少制作成本。然而在像素电极接触时铝金属与ITO的接触点会产生高电阻，而本发明中，将其接触点改为钛金属与ITO，此不但不需更换其他材料金属层，且无须增加额外光罩制程。此外相较于使用缓冲层的结构，本发明漏极导线与像素电极具有较大接触面积。

在相较于利用非晶硅层与半导体欧姆接触点层作为缓冲层的结构，本发明并不会有凸块漏电发生，且因省略非晶硅层与半导体欧姆接触点层，故不仅可防止储存电容漏电，并可提升电容值，进而使显示器的零辉点率提升，而增加产品的量率。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (14)

1.一种薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点的制作方法，其包括：

(a)提供一个表面具有第一绝缘层的透明衬底，在所述第一绝缘层与所述透明衬底之间包括具有图样的第三金属层，其中所述薄膜晶体管的栅极导线由所述第三金属层构成；

(b)在所述第一绝缘层上形成具有图样化的非晶硅层与半导体欧姆接触层，所述非晶硅层与半导体欧姆接触层在像素电极接触点区域中会被完全去除；

(c)在所述第一绝缘层上形成第一金属层与第二金属层，其中该第一金属层介于该第二金属层与该第一绝缘层之间；

(d)利用一个半色调光罩制程在该第二金属层上形成一个具有图样和不同厚度的光阻层，经一蚀刻制程后在一个像素电极接触点区域中移除该第二金属层并留下该第一金属层；

(e)在该第二金属层上形成一个图样化的第二绝缘层；以及

(f)在该第二绝缘层上形成一个透明像素电极，使得该像素电极接触点区域中的该第一金属层仅与该透明像素电极接触。

2.如权利要求1所述的制作方法，其中在步骤(b)中所述第一金属层与所述第二金属层为薄膜晶体管的漏/源极导线。

3.如权利要求1所述的制作方法，其中所述第一金属层为钛金属。

4.如权利要求1所述的制作方法，其中所述第二金属层为铝金属。

5.如权利要求1所述的制作方法，其中步骤(c)中所述光阻层的图样具有第一厚度、第二厚度、及第三厚度，其中该第一厚度位于所述像素电极接触点区域中，该第二厚度较该第一厚度厚，该第三厚度较该第一厚度薄，且该第二厚度位于所述薄膜晶体管的源极与漏极导线区域。

6.如权利要求5所述的制作方法，其中所述光阻层的图样是使用具有第一部分、第二部分、及第三部分的光罩曝光所形成的，其中该第一部分的光穿透率介于该第二部分与该第三部分之间。

7.如权利要求6所述的制作方法，其中所述光阻层的材料为正光阻，且所述光罩的所述第一部分为半透光材料、所述第二部分为不透光材料、所述第三部分为透光材料构成。

8.如权利要求1所述的制作方法，其中在步骤(d)后还包含步骤(d1)，在所述第二绝缘层上形成一有机树脂层。

9.一种使用权利要求1所述的方法制做的薄膜晶体管液晶显示器的像素电极接触点，其包括：

一个表面具有第三金属层的透明衬底；

第一绝缘层，覆盖该第三金属层及该透明衬底；

在所述第一绝缘层上形成具有图样化的非晶硅层与半导体欧姆接触层，所述非晶硅层与半导体欧姆接触层在像素电极接触点区域中会被完全去除；

一具有图样的金属导线，至少具有第一金属层及第二金属层，形成于该第一绝缘层上，其中该第一金属层介于该第二金属层及该第一绝缘层之间，相对于该第三金属层上方的该第二金属层具有一个开口，露出该第一金属层；

一保护层，具有一个含硅的第二绝缘层及一个有机树脂层，其中该第二绝缘层覆盖在该第一金属层及该第二金属上方，介于该第一绝缘层和该有机树脂层之间；

一接触孔，位于该第三金属层上方，穿过该保护层，露出该第一金属层；以及

一透明像素电极，形成于该保护层上，并延伸于该接触孔仅与该金属导线的第一金属层电性连接。

10.如权利要求9所述的像素电极接触点，其中所述第三金属层在所述第一绝缘层与所述透明衬底之间且具有一图样。

11.如权利要求10所述的像素电极接触点，其中部分所述第三金属层为薄膜晶体管的栅极。

12.如权利要求9所述的像素电极接触点，其中所述第一金属层为钛金属。

13.如权利要求9所述的像素电极接触点，其中所述第二金属层为铝金属。

14.如权利要求10所述的像素电极接触点，其还包含一在所述第二绝缘层与所述透明像素电极之间形成的有机树脂层。

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