CN100442132C - 一种tft lcd阵列基板结构及其制造方法 - Google Patents

一种tft lcd阵列基板结构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TFT LCD阵列基板结构，包括：基板；栅极扫描线；栅电极绝缘层；数据扫描线；第一挡光条，形成在栅电极绝缘层之上，平行于栅极扫描线；第二挡光条，形成在栅电极绝缘层之上，平行于数据扫描线；薄膜晶体管；钝化层；像素电极；公共电极，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于数据扫描线，并且本发明可将公共电极和挡光条连接在一起。本发明同时公开了该阵列基板结构的制造方法。本发明用数据线金属作闭合型挡光条的结构可以增加存储电容，并且用纵向环形公共电极做挡光条较传统结构还可增加公共电极密度，同时增大了开口率。另外，本发明对于在生产过程中的不良维修较之传统结构也有了很好的改善。

Description

一种TFT LCD阵列基板结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，尤其涉及薄膜晶体管液晶显示器阵列基板结构及其制造方法。
背景技术
在平板显示技术中，TFT LCD具有功耗低、制造成本相对较低、和无辐射的特点，因此在平板显示器市场占据了主导地位。TFT LCD器件是由阵列玻璃基板和彩膜玻璃基板对盒而形成的。如图1、图1a和图1b所示，是目前主流的非晶硅TFT(薄膜晶体管)结构单一像素俯视图及其A-A和B-B部位的截面示意图。它是采用背沟道腐蚀的底栅结构。如图所示，该阵列结构包括：一组栅极扫描线1和与之垂直的一组数据扫描线5，相邻的栅极扫描线和数据扫描线定义了像素区域。每一个像素包含有一个TFT开关器件、像素电极10和部分公共电极11。TFT器件由栅电极2、栅电极绝缘层4、半导体有源层3、以及源极6和漏极7组成，如图1b。钝化层8覆盖在上述各部分上，并在漏电极7上方形成过钝化层过孔9。像素电极10通过钝化层的过孔9与TFT的漏极7相连接。像素电极10一部分和栅极扫描线1一起形成存储电容13。为了进一步降低对盒后像素里的漏光，在像素平行于数据线的两侧形成挡光条12。此种TFT器件可以减低沟道中的光致漏电流。挡光条使用和栅极同一材料，在同一Mask(光刻)工序中完成制作。
5-Mask(光刻)工艺是目前制作TFT的典型工艺技术。其主要工艺步骤分为五步：
1、形成栅极及其引线；
2、形成栅电极绝缘层和非晶硅半导体层；
3、形成源电极、漏电极及数据引线；
4、形成钝化保护层；
5、形成像素电极。
每一步骤都包括薄膜沉积、曝光和图案形成、以及腐蚀三个主要工艺。如上所述的是一种典型的5-Mask技术。通过改变Mask设计和工艺流程，也有其它的5-Mask工艺技术。由于采用像素中央“H”型公共电极结构，所以开口率有所下降。“H”型结构也对制作工艺及维修方法提出一定的要求。在传统的TFT LCD器件中，公共电极和数据信号间的电容会对数据传输产生些许影响。传统公共电极的TFT LCD负载电流示意图如图2所示。通常的解决办法有改善周边电路设计和改善输入信号方式等等。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种TFT LCD阵列基板结构及其制造方法，通过使用纵向公共电极从而增大公共电极密度和开口率；把挡光条与公共电极连接闭合，减小公共电极中断的几率；使用与数据线相同金属制作公共电极，增大存储电容，减小跳变电压，从而有效改善画面显示品质。
为了实现上述目的，本发明提供一种TFT LCD阵列基板结构，其中包括：
一基板；
一栅极扫描线，形成在所述基板之上；
一栅电极绝缘层，形成在所述栅极扫描线及栅电极和基板之上；
一数据扫描线，形成在所述栅电极绝缘层之上；
一第一挡光条，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的栅极扫描线；
一第二挡光条，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的数据扫描线；
一薄膜晶体管，形成在所述栅极扫描线和数据扫描线的交汇处，薄膜晶体管的源电极和栅极扫描线电连接；
一钝化层，形成在所述栅电极绝缘层、数据扫描线及薄膜晶体管之上，并在所述薄膜晶体管的漏电极之上形成钝化层过孔或沟槽；
一像素电极，形成在所述钝化层上，并通过所述钝化层过孔或沟槽与所述薄膜晶体管的漏电极连接。
上述方案中，还包括一公共电极，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的数据扫描线。所述第一挡光条为位于像素电极上下两侧的金属条。所述第二挡光条为位于像素电极左右两侧的金属条。所述第一挡光条和公共电极连接为一体结构，或所述第二挡光条和公共电极连接为一体结构，或所述第一挡光条和所述第二挡光条连接成一体结构，或所述第一挡光条、第二挡光条和公共电极相互连接为一体结构。所述栅极扫描线、数据扫描线、薄膜晶体管的源电极和漏电极、公共电极或挡光条为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或任意组合构成的单层或复合层结构。所述数据扫描线、公共电极、第一挡光条和第二挡光条为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分。所述栅电极绝缘层的材料为氮化硅、二氧化硅或氧化铝等。所述像素电极的材料为氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌等。
为了实现上述目的，本发明同时公开了一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，包括：
步骤1，在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成栅极扫描线及其栅电极；
步骤2，在完成步骤1的基板上连续淀积栅极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，在所述栅电极上形成有源层及其上方的沟道；
步骤3，在完成步骤2的基板上淀积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成数据扫描线、第一挡光条、第二挡光条、公共电极、源电极和漏电极，其中部分源电极和部分漏电极搭接在所述的有源层上；
步骤4，在完成步骤3的基板上沉积钝化层薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成漏电极部分的钝化层过孔；
步骤5，在完成步骤4的基板上沉积像素电极层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成像素电极，并形成像素电极和漏电极的连接。
上述方案中，所述步骤3中形成的第一挡光条为位于像素电极上下两侧的金属条。所述步骤3中形成的第二挡光条为位于像素电极左右两侧的金属条。所述步骤3中形成的第一挡光条和公共电极连接为一体结构，或所述步骤3中形成的第二挡光条和公共电极连接为一体结构，或所述步骤3中形成的第一挡光条和所第二挡光条连接成一体结构，或所述步骤3中形成的第一挡光条、第二挡光条和公共电极相互连接为一体结构。
同现有技术相比，本发明采用与数据扫描线相同金属材料，纵向排布结构，并与四条挡光条互相连接起来组成一个闭合的挡光条，这样设计的最大优势在于能够增大存储电容。同时，由于取消了中间部分的公共电极，也极大地增加了开口率。
同时，本发明由于公共电极纵向排布结构，基板上下两端均可提供公共电极电压，因此，当有不良发生在像素内公共电极上时，只需在维修切割处进行横向切断处理即可，并不会影响显示效果，更便于进行维修。
再者，本发明公共电极信号由横向变更为纵向，输入端可以由1024根增加为3840根或更多，密度加大，减少不同位置处信号差异和维持更加均衡的信号分布，有效地降低了由于闪烁以及白线等引起的产品不良率，并减少了信号延时而引起的不良。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。
附图说明
图1是现有技术中的TFT LCD器件在阵列基板上单一像素俯视图；
图1a是图1中A-A部分横截面图；
图1b是图1中B-B部分横截面图；
图2是现有技术中TFT LCD器件公共电极负载示意图；
图3是本发明的TFT LCD器件在阵列基板上单一像素俯视图；
图3a是图2中C-C部分横截面图；
图3b是图2中D-D部分横截面图；
图3c是图2中E-E部分横截面图；
图4是本发明的TFT LCD器件公共电极负载示意图。
图中标记：1、栅极扫描线；2、栅电极；3、有源层；4、栅电极绝缘层；5、数据扫描线；6、源电极；7、漏电极；8、钝化层；9、钝化层过孔；10、像素电极；11、公共电极；12、挡光条；13、存储电容；14、维修切割处。
具体实施方式
下面结合附图说明和首选具体实施例，对本发明进行进一步详细说明：
如图3所示，本TFT LCD的阵列基板上有一组栅极扫描线1和与之平行的挡光条12，以及与之垂直的公共电极11，垂直挡光条12和一组数据扫描线5。每相邻的栅极扫描线和数据扫描线交叉定义了像素区域。一个像素包含有一个TFT开关器件、像素电极10和部分公共电极11。如图3a所示，TFT器件由栅电极2、栅极绝缘层4、半导体有源层3、以及源极6和漏极7组成。像素电极10通过钝化层的过孔9与TFT的漏极7相连接。以上部分与一种现有技术的TFT像素结构相同。本发明的TFT LCD像素结构不同之处在于，公共电极11采用与数据扫描线相同金属材料，纵向排布结构，并与四条挡光条12互相连接起来组成一个闭合的挡光条(如图3所示)。这样设计的最大优势在于能够增大存储电容。同时，由于取消了像素中央“H”型公共电极结构的中间部分公共电极，也极大地增加了开口率。
如图3所示，本发明的像素边缘采用了和栅电极扫描线1平行的公共电极11，并与防止像素边缘漏光的挡光条12相连接，形成闭合，公共电极和挡光条与数据线采用同种金属。纵向不同像素间，公共电极互联。此公共电极11以及挡光条12与数据扫描线5在同一次光刻工艺中形成。图3a至图3c的横截面图可以进一步说明本发明的TFT像素结构。比较图3a和图1a，本发明的TFT像素结构与现有技术中的像素在TFT开关器件处和像素上是一样的；但用于数据线相同的金属在像素边缘处做公共电极11和挡光条12，并使其相连。图3b所示挡光条的横截面图与现有技术中的TFT器件(图1b所示)的不同在于采用和数据扫描线相同金属，并使其形成闭合结构。上述结构可以获得更大的存储电容。
另外，本发明的纵向排布结构，也更便于进行维修。基板上下两端均可提供公共电极电压，因此，当有不良发生在像素内公共电极上时，只需在维修切割处14进行横向切断处理即可，并不会影响显示效果。
图4所示是本发明TFT LCD器件的公共电极负载示意图，与现有技术中的公共电极负载示意图(图2所示)，本发明通过纵向排布而形成的矩阵负载有效平衡各个公共电极之间的电流和电位。与以前的TFT像素相比较，公共电极信号由横向变更为纵向，输入端由可以由1024根增加为3840根或更多，密度加大，减少不同位置处信号差异和维持更加均衡的信号分布，有效地降低了由于闪烁以及白线等引起的产品不良率，并减少了信号延时而引起的不良。
另外，上述实施例中，所述栅极扫描线1、数据扫描线5、薄膜晶体管的源电极6和漏电极7、公共电极11及挡光条12材料可以为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或任意组合，结构可以为单层或复合层结构。所述栅极扫描线1、公共电极11和挡光条12为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分。栅电极绝缘层4材料为氮化硅或氧化铝等。所述像素电极10材料可以氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌等。
上述像素结构是本发明的一种典型结构，显然可以进行各种形式的变通，如仅仅将平行于栅极扫描线的挡光条和公共电极连接，或仅仅将平行于数据线的挡光条与公共电极连接，或仅仅将平行于栅极扫描线的挡光条和平行于数据扫描线的挡光条连接，只要是将TFT的公共电极纵向排布，并把其与挡光条相连接，也可以有其它形状和图案的像素结构，符合本发明范围。
本发明的TFT-LCD结构可以通过下面的方法制造：
首先，使用磁控溅射方法，在玻璃基板上制备一层厚度在1000
Figure C20061014521800111
至7000
Figure C20061014521800112
的栅金属薄膜。栅金属材料通常可以采用钼、铝、铝镍合金、钼钨合金、铬、或铜等金属。也可以使用上述几种材料薄膜的组合结构。用栅电极掩模版通过曝光工艺和化学刻蚀工艺，在玻璃基板的一定区域上形成栅极扫描线1图案。
然后，利用化学汽相沉积法在阵列基板上连续淀积1000
Figure C20061014521800113
到6000
Figure C20061014521800114
的栅极绝缘层薄膜4和1000
Figure C20061014521800115
到6000
Figure C20061014521800116
的非晶硅薄膜(有源层3)。栅极绝缘层材料通常是氮化硅，也可以使用氧化硅和氮氧化硅等。用有源层的掩模版进行曝光后对非晶硅进行干法刻蚀，形成硅孤岛。而栅金属和非晶硅之间的绝缘层起到阻挡刻蚀的作用。
接下来，采用和制备栅极扫描线类似的方法，在阵列基板上淀积一层类似于栅金属的厚度在1000
Figure C20061014521800117
到7000金属薄膜。通过源漏极的掩模版在一定区域形成数据扫描线5、源电极6、漏电极7、公共电极11和挡光条12。其中数据扫描线、源电极、漏电极、公共电极和挡光条具有相同的厚度和腐蚀后的坡度角。源电极6和漏电极7分别与有源层的两端相接触。
随后，采用栅极绝缘层以及有源层相类似的方法，在整个阵列基板上沉积一层厚度在1000
Figure C20061014521800119
到6000的钝化层8，其材料通常是氮化硅或二氧化硅。此时栅极扫描线1上面覆盖栅极绝缘层4和钝化层8。而数据扫描线5、公共电极11和挡光条12上面覆盖有相同厚度的钝化层8。通过钝化层的掩模版，利用曝光和刻蚀工艺形成漏极部分的钝化层过孔9，如图2a所示。
最后，采用栅极绝缘层以及有源层相类似的方法，在整个玻璃基板上沉积一层像素电极层，使用透明电极的掩模版，通过相同的工艺步骤，最终形成像素电极10和存储电容13。常用的透明电极为ITO或IZO，厚度在100
Figure C20061014521800121
至1000
Figure C20061014521800122
之间。
以上所提出实施例为一种实现方法，也可以通过增加或减少曝光次数以及选择不同的材料或材料组合来实现本发明。在具有闭合型挡光条且挡光条与纵向公共电极相连的阵列基板上面，TFT器件结构显然可以有各种修改和变化。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当按照需要可使用不同材料和设备实现之，即可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1、一种TFT LCD阵列基板结构，其特征在于，包括：
一基板；
一栅极扫描线，形成在所述基板之上；
一栅电极绝缘层，形成在所述栅极扫描线及栅电极和基板之上；
一数据扫描线，形成在所述栅电极绝缘层之上；
一第一挡光条，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的栅极扫描线；
一第二挡光条，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的数据扫描线；
一薄膜晶体管，形成在所述栅极扫描线和数据扫描线的交汇处，薄膜晶体管的源电极和栅极扫描线电连接；
一钝化层，形成在所述栅电极绝缘层、数据扫描线及薄膜晶体管之上，并在所述薄膜晶体管的漏电极之上形成钝化层过孔或沟槽；
一像素电极，形成在所述钝化层上，并通过所述钝化层过孔或沟槽与所述薄膜晶体管的漏电极连接；
一公共电极，形成在所述栅电极绝缘层之上，平行于所述的数据扫描线。
2、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第一挡光条为位于像素电极上下两侧的金属条。
3、根据权利要求2所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第二挡光条为位于像素电极左右两侧的金属条。
4、根据权利要求3所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第一挡光条和公共电极连接为一体结构。
5、根据权利要求3所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第二挡光条和公共电极连接为一体结构。
6、根据权利要求3所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第一挡光条和所述第二挡光条连接成一体结构。
7、根据权利要求3所述的阵列基板结构，其特征在于：所述第一挡光条、第二挡光条和公共电极相互连接为一体结构。
8、根据权利要求1至7任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅极扫描线、数据扫描线、薄膜晶体管的源电极和漏电极、公共电极或挡光条为铝、铬、钨、钽、钛、钼及铝镍之一或任意组合构成的单层或复合层结构。
9、根据权利要求1至7任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述数据扫描线、公共电极、第一挡光条和第二挡光条为在同一镀膜、掩模光刻和化学腐蚀工艺中完成制作的相同材料部分。
10、根据权利要求1至7任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅电极绝缘层的材料为氮化硅、二氧化硅或氧化铝。
11、根据权利要求1至7任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述像素电极的材料为氧化铟锡、氧化铟锌或氧化铝锌。
12、一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，其特征在于，包括：
步骤1，在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成栅极扫描线及其栅电极；
步骤2，在完成步骤1的基板上连续淀积栅极绝缘层薄膜和非晶硅薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，在所述栅电极上形成有源层及其上方的沟道；
步骤3，在完成步骤2的基板上淀积金属薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成数据扫描线、第一挡光条、第二挡光条、公共电极、源电极和漏电极，其中部分源电极和部分漏电极搭接在所述的有源层上；
步骤4，在完成步骤3的基板上沉积钝化层薄膜，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成漏电极部分的钝化层过孔；
步骤5，在完成步骤4的基板上沉积像素电极层，通过光刻工艺和化学腐蚀工艺，形成像素电极，并形成像素电极和漏电极的连接。
13、根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第一挡光条为位于像素电极上下两侧的金属条。
14、根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第二挡光条为位于像素电极左右两侧的金属条。
15、根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第一挡光条和公共电极连接为一体结构。
16、根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第二挡光条和公共电极连接为一体结构。
17、根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第一挡光条和所第二挡光条连接成一体结构。
18、根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于：所述步骤3中形成的第一挡光条、第二挡光条和公共电极相互连接为一体结构。
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