CN100520547C - 液晶显示器的像素结构的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种一液晶显示器的像素结构的制造方法。于像素结构的制造工艺中，相较于现有的七道掩膜制造工艺，本发明仅须使用四道掩膜制造工艺，故可大幅降低制造成本；此外，于制造过程中，可一并清除显示区域上不必要的多层结构，以提升其透光度。

Description

液晶显示器的像素结构的制造方法

技术领域

本发明是关于一种液晶显示器的像素结构的制造方法；特别是一种于制造低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示器(LTPS-TFTLCD)的像素结构时，仅须四道掩膜制造工艺的制造方法。

背景技术

由于液晶显示器具有省电、重量轻、低辐射及易携带等优点，目前已成为显示器市场上的主流产品。其中，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的技术目前主要可分为两种：非晶硅(Amorphous Silicon，简称α-Si)、以及多晶硅(Poly-Si)。在多晶硅LCD技术中，低温多晶硅(Low Temperature PolySilicon，LTPS)是新一代的制造技术，相较于传统非晶硅液晶显示器，低温多晶硅的晶体管载子移动率高出非晶硅两百倍以上，其所制成的显示器具备有反应速度较快、高亮度、高分辨率、高色彩饱和度等优点，可呈现较佳的画面质量。而且低温多晶硅显示器更为轻薄，其可将组件微小化，使整体TFT组件面积缩小50％以上，有效降低功率的消耗以达省电效果，且其制造成本更为低廉，故逐渐在LCD市场上受到瞩目。

图1A所示为现有的液晶显示器面板中，形成于基板上的像素数组的示意图。该像素数组1包含复数扫瞄线10及数据线11，交错定义出复数个像素区域，各像素区域上分别形成有一显示单元121及一控制组件123；此外，各扫瞄线10及数据线11会分别连接至位于基板边缘的复数接垫101、111，以传输信号。

此结构的剖面示意图如图1B所示，于一基板13上的各像素区域可划分具有一控制区域131、一电容区域133及一显示区域135，此外，图1B更延伸显示基板13周缘的一接垫(Pad)区域137。

就现有的低温多晶硅制造技术而言，纯PMOS产品通常需要七道掩膜进行曝光制造工艺，以逐步形成此结构。详言之，先以第一道掩膜，于控制区域131及电容区域133上形成多晶硅层14；再利用第二道掩膜，针对多晶硅层14的局部区域，进行P+离子的掺杂，以形成导电结构141；大面积形成介电层15后，以第三道掩膜分别于控制区域131、电容区域133及接垫区域137分别形成栅电极层16；然后形成中间介电层17覆盖前述结构后，接着利用第四道掩膜，进行刻蚀以形成导通孔，使得控制区域131及电容区域133的部分已掺杂P+离子的多晶硅层14暴露出来，同时也使接垫区域137的栅电极层16暴露出来；接下来，以第五道掩膜形成金属导电层18，分别于控制区域131及电容区域133经由导通孔与多晶硅层14电性连接，并于接垫区域137与栅电极层16电性连接；然后，形成平坦层19，并以第六道掩膜将部分金属导电层18暴露出来；最后，以第七道掩膜形成透明电极191，并与金属导电层18电性连接。

然而，由于掩膜的成本高昂，掩膜的使用愈频繁，意味着制造成本愈高；而且，使用掩膜的制造工艺较为繁琐，复杂的制造工艺容易造成产品不良率上升，较难满足现今液晶显示器的制造需求。此外，现有结构于显示区域135上仍存在不具功效的多层结构，来自基板13且用以显示的光线，将必须穿透此等结构，才能加以使用，即使此等结构以透明材料所制成，但仍会对于显示区域135的透光度造成不良影响，导致产品竞争力较为不足。

有鉴于此，提供一种低温多晶硅液晶显示器的制造方法，可使用较少的掩膜制造工艺，以及且可提升显示区域的光穿透表现，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种液晶显示器的像素结构的制造方法，本发明的制造工艺中，仅须使用四道掩膜，便可形成所需的结构，故可将整体薄膜晶体管、储存电容、接垫结构的制造工艺简化，以缩短制造时程并大幅降低成本。

本发明的又一目的在于提供一种液晶显示器的像素结构的制造方法，由于本发明制造工艺所得到的像素结构，在显示区域上去除其它不具功能的多层结构，故可提升各显示像素的光穿透率，达到更好的显示效果。

为达上述目的，本发明揭示一种液晶显示器的像素结构的制造方法，该液晶显示器具有一基板，该基板上定义有复数像素区域及复数接垫区域，各该像素区域包含一控制区域及一电容区域。本发明的方法包含下列步骤：形成一多晶硅层于该基板的控制区域及电容区域上；形成一第一介电层于该多晶硅层上；形成一栅电极层于该第一介电层上；形成一第一图案化光刻胶层，于该控制区域、该电容区域及该接垫区域上；根据该第一图案化光刻胶层，保留部分该多晶硅层、该第一介电层及该栅电极层于该控制区域、该电容区域及该接垫区域上；刻蚀去除部分该栅电极层，使该第一介电层部分暴露出来；掺杂该多晶硅层，分别于该控制区域及该电容区域的多晶硅层中形成一第一导电部分及一第二导电部分，俾于该控制区域上，形成一薄膜晶体管结构，及于该电容区域上，形成一电容结构；移除该第一图案化光刻胶层；形成一中间介电层，覆盖该薄膜晶体管结构、该电容结构、及该接垫区域上的一接垫结构；形成一透明电极层，覆盖该中间介电层；移除部分该透明电极层与该中间介电层，以暴露部分该第一导电部分、第二导电部分、及该接垫结构；形成一金属层，电性连接该第一导电部分、第二导电部分、及该接垫结构的暴露部分；以及形成一保护层，覆盖于该金属层上，部分暴露该透明电极层于该电容区域上。

在参阅附图及随后描述的实施方式后，该技术领域具有通常知识者便可了解本发明的目的，以及本发明的技术手段及实施态样。

附图说明

图1A为现有技术液晶显示器面板的像素数组的示意图；

图1B为现有技术像素结构的剖面示意图；

图2为本发明像素结构于一像素的示意图；以及

图3至图11为本发明像素结构的制造工艺的示意图。

附图标号：

1    像素数组         10   扫瞄线

101  接垫             11   数据线

111  接垫             121  显示单元

123  控制组件         13   基板

131  控制区域         133  电容区域

135  显示区域         137  接垫区域

14   多晶硅层         141  导电结构

15   介电层           16   栅电极层

17   中间介电层       18   金属导电层

19   平坦层           191  透明电极

2    像素结构         21   数据线

30   基板             301  控制区域

303  电容区域         305  显示区域

307  接垫区域         31   薄膜晶体管结构

33   电容结构         35   显示结构

37   接垫结构         40   多晶硅层

41   第一导电部分     411  轻掺杂结构

42   源极             43   第二导电部分

431  轻掺杂结构       44   漏极

471  轻掺杂结构       50   第一介电层

60   栅电极层         65   第一图案化光刻胶层

651  光刻胶层结构     653  光刻胶层结构

657  光刻胶层结构     70   中间介电层

75   透明电极层       77   导孔

81   第一金属结构

83   第二金属结构     87   第三金属结构

90   保护层

具体实施方式

本发明应用于液晶显示器，尤其是低温多晶硅液晶显示器(LTPS-LCD)，其中，液晶显示器具有一基板，该基板上定义有复数像素区域及复数接垫区域。图2所示为利用本发明的制造工艺所形成的一像素结构2的平面示意图，其仅绘示其中一像素区域，于图2中，显示一薄膜晶体管结构31、一电容结构33、一显示结构35、以及位于基板周缘的一接垫结构37，其中，接垫结构37是用以与一数据线21相连接，用以传送或接收一电压信息，同样地，扫瞄线也会连接至对应的接垫结构。

本发明所揭示的液晶显示器的像素结构的制造方法，依序如图3至图11所示，须说明的是，图3至图11所示的制造工艺即显示沿图2的A-A’剖面线的结构。为方便描述，基板30可区分出控制区域301、电容区域303、显示区域305及接垫区域307。首先，请先参阅图3，先至少于基板30的控制区域301及电容区域303上形成一多晶硅层40，更明确而言，是先于基板30上形成一非晶硅层，再以一准分子激光退火(Excimer Laser Annealing，ELA)制造工艺，将该非晶硅层转变为该多晶硅层40；然后，再依序形成一第一介电层50于多晶硅层40上，及形成一栅电极层60于第一介电层50上。

如图4所示，本发明的第一道掩膜制造工艺，于控制区域301、电容区域303及接垫区域307上形成一第一图案化光刻胶层65；较佳地，该第一图案化光刻胶层65可利用一半色调(half-tone)掩膜，通过曝光能量的分配，依需求于控制区域301、电容区域303及接垫区域307上形成具有不同厚度的光刻胶层结构651、653、657。接下来，如图5所示，根据第一图案化光刻胶层65，以第一图案化光刻胶层65为罩幕(mask)，进行一刻蚀制造工艺，去除暴露的部分该多晶硅40层、该第一介电层50及该栅电极层60，以保留部分该多晶硅层40、该第一介电层50及该栅电极层60于控制区域301、电容区域303及接垫区域307上。

然后，针对该第一图案化光刻胶层65进行一灰化(ashing)制造工艺，以去除部分第一图案化光刻胶层65。由于第一图案化光刻胶层65是经由先前半色调掩膜形成，故具有特定的厚度分布，灰化后将仅剩余局部的光刻胶层结构651、653、657，如图6所示。再进一步刻蚀去除部分该栅电极层60，使第一介电层50得以部分暴露出来；较佳地，本发明的一实施例可采用湿式刻蚀，使得栅电极层60于刻蚀过程中进一步受到侧向侵蚀，如图6所示，确保第一图案化光刻胶层65的光刻胶层结构651、653、657可将栅电极层60完全覆盖，俾利后续的制造工艺。

为了于控制区域301上形成薄膜晶体管结构、及于电容区域303上形成电容结构，需要将前述结构转变形成导电部分。详言之，于控制区域301及电容区域303上，针对该多晶硅层40进行P+离子的掺杂，如图6的箭头方向所示。由于第一图案化光刻胶层65的遮蔽，P+离子仅会掺杂入局部多晶硅层40，藉此，分别于控制区域301及电容区域303的多晶硅层40中，形成一第一导电部分41及一第二导电部分43。若使用前述湿式刻蚀的实施例，在移除第一图案化光刻胶层65后，更可于该控制区域301、该电容区域303及该接垫区域307上，进行一轻掺杂制造工艺，掺杂P-离子，以形成轻掺杂结构411、431、471，以增加组件的可靠度，如图7所示。如此一来，便可于该控制区域301上形成一薄膜晶体管结构31，于该电容区域303上形成一电容结构33，以及于接垫区域307上形成一接垫结构37。其中，薄膜晶体管结构31的第一导电部分41包含源极42与漏极44。

然后，如图8所示，形成一中间介电层70，覆盖前述的薄膜晶体管结构31、电容结构33、及接垫区域307上的一接垫结构37，并再形成一透明电极层75，覆盖前述的中间介电层70，其中，该透明电极层75较佳是由氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)所制成。接着，如图9所示，利用第二道掩膜，形成一第二图案化光刻胶层(图未示)，然后进行一第二刻蚀制造工艺，移除部分透明电极层75与中间介电层70，以于特定位置形成复数导孔77，使第一导电部分41、该第二导电部分43、及该接垫结构37部分暴露出来。

接下来如图10所示，溅射一金属层，然后以第三道掩膜制造工艺，形成一第三图案化光刻胶层(图未示)，随后进行一第三刻蚀制造工艺，去除部分金属层，用以电性连接第一导电部分41、第二导电部分43、及该接垫结构37的暴露部分。详言之，经前述的第三刻蚀制造工艺之后，该金属层可区分包含第一金属结构81、第二金属结构83及第三金属结构87，其中该第一金属结构81电性连接于该第一导电部分41(即薄膜晶体管结构31的源极42)，该第二金属结构83电性连接于该第一导电部分41(即薄膜晶体管结构31的漏极44)与该第二导电部分43，以电性连接薄膜晶体管结构31与电容结构33，而第三金属结构87则电性连接于该接垫结构37。此外，第三图案化光刻胶层的设计上，可一并考虑于进行第三刻蚀制造工艺时，同时将薄膜晶体管结构31上方的透明电极层加以去除，以确保薄膜晶体管结构31的源极42与漏极44不会导通。

最后，沉积一保护层90，其至少覆盖于金属层上，然后以第四道掩膜，形成一第四图案化光刻胶层(图未示)，随后进行一第四刻蚀制造工艺，去除部分该保护层90，如图11所示；较佳地，可设计一并将部分第二金属结构83去除，使透明电极层75于电容区域303可部分暴露出来。

通过前述所揭示的技术，本发明的制造工艺步骤仅须使用四道掩膜制造工艺，即可制造液晶显示器的像素结构，可想见地，缩减掩膜的使用必然可以大幅降低制造成本；同时，在制造工艺中又可一并去除显示区域上不必要的多层结构，如图2所示，显示区域305上仅剩透明电极层75直接形成于基板上，故也可提升像素的光穿透率，呈现更佳的显示效果。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims (19)

1.一种液晶显示器的像素结构的制造方法，该液晶显示器具有一基板，该基板上定义有复数像素区域及复数接垫区域，各所述的像素区域包含一控制区域及一电容区域，该方法包含下列步骤：

于所述的控制区域上，形成一薄膜晶体管结构，及于所述的电容区域上，形成一电容结构，其中该薄膜晶体管结构具有一第一导电部分，该电容结构具有一第二导电部分；

形成一中间介电层，覆盖所述的薄膜晶体管结构、所述的电容结构、及所述的接垫区域上的一接垫结构；

形成一透明电极层，覆盖所述的中间介电层；

移除部分所述的透明电极层与中间介电层，以暴露部分所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构；

形成一金属层，电性连接所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构的暴露部分；以及

形成一保护层，覆盖于所述的金属层上，部分暴露所述的透明电极层于所述的电容区域上。

2.如权利要求1所述的方法，其中形成所述的薄膜晶体管结构及所述的电容结构的步骤，还包含下列步骤：

形成一多晶硅层于所述的基板上；

形成一第一介电层于所述的多晶硅层上；

形成一栅电极层于所述的第一介电层上；

形成一第一图案化光刻胶层，于所述的控制区域、所述的电容区域及所述的接垫区域上；以及

以所述的第一图案化光刻胶层为罩幕，去除暴露的部分，保留部分所述的多晶硅层、所述的第一介电层及所述的栅电极层于所述的控制区域、所述的电容区域及所述的接垫区域上。

3.如权利要求2所述的方法，其中形成所述的多晶硅层的步骤还包含下列步骤：

形成一非晶硅层于所述的基板上；以及

以一准分子激光退火制造工艺，将所述的非晶硅层转变为所述的多晶硅层。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述的第一图案化光刻胶层是以半色调掩膜所形成。

5.如权利要求2所述的方法，其中于保留部分所述的多晶硅层、所述的第一介电层及所述的栅电极层的步骤之后，还包含下列步骤：

灰化所述的第一图案化光刻胶层；

刻蚀去除部分所述的栅电极层，使所述的第一介电层部分暴露出来；

掺杂所述的多晶硅层，分别于所述的控制区域及所述的电容区域的多晶硅层中，形成所述的第一导电部分及所述的第二导电部分；以及

移除所述的第一图案化光刻胶层。

6.如权利要求5所述的方法，其中掺杂所述的多晶硅层的步骤之后还包含一步骤：

于所述的控制区域、所述的电容区域及所述的接垫区域，进行一轻掺杂制造工艺。

7.如权利要求1所述的方法，其中暴露部分所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构的步骤还包含下列步骤：

形成一第二图案化光刻胶层；以及

进行一第二刻蚀制造工艺，使所述的第一导电部分、所述的第二导电部分、及所述的接垫结构部分暴露出来。

8.如权利要求1所述的方法，其中形成所述的金属层的步骤还包含下列步骤：

溅射所述的金属层；

形成一第三图案化光刻胶层；以及

进行一第三刻蚀制造工艺，去除部分所述的金属层，使该金属层包含一第一金属结构、一第二金属结构及一第三金属结构，其中该第一金属结构电性连接于所述的第一导电部分的一源极、所述的第二金属结构电性连接于所述的第一导电部分的一漏极与所述的第二导电部分、第三金属结构电性连接于所述的接垫结构。

9.如权利要求1所述的方法，其中形成所述的保护层且部分暴露所述的透明电极层的步骤还包含下列步骤：

沉积所述的保护层；

形成一第四图案化光刻胶层；以及

进行一第四刻蚀制造工艺，去除部分所述的保护层及所述的第二金属结构，使所述的透明电极层于所述的电容区域部分暴露出来。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述的透明电极层包括由氧化铟锡所制成。

11.如权利要求1所述的方法，所述的液晶显示器为一低温多晶硅液晶显示器。

12.一种液晶显示器的像素结构的制造方法，所述的液晶显示器具有一基板，该基板上定义有复数像素区域及复数接垫区域，各所述的像素区域包含一控制区域及一电容区域，该方法包含下列步骤：

形成一多晶硅层于所述的基板的控制区域及电容区域上；

形成一第一介电层于所述的多晶硅层上；

形成一栅电极层于所述的第一介电层上；

形成一第一图案化光刻胶层，于所述的控制区域、所述的电容区域及所述的接垫区域上；

以所述的第一图案化光刻胶层为罩幕，保留部分所述的多晶硅层、所述的第一介电层及所述的栅电极层于所述的控制区域、所述的电容区域及所述的接垫区域上；

刻蚀去除部分所述的栅电极层，使所述的第一介电层部分暴露出来；

掺杂所述的多晶硅层，分别于所述的控制区域及所述的电容区域的多晶硅层中形成一第一导电部分及一第二导电部分，于所述的控制区域上，形成一薄膜晶体管结构，及于所述的电容区域上，形成一电容结构；

移除所述的第一图案化光刻胶层；

形成一中间介电层，覆盖所述的薄膜晶体管结构、所述的电容结构、及所述的接垫区域上的一接垫结构；

形成一透明电极层，覆盖所述的中间介电层；

移除部分所述的透明电极层与所述的中间介电层，以暴露部分所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构；

形成一金属层，电性连接所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构的暴露部分；以及

形成一保护层，覆盖于所述的金属层上，部分暴露所述的透明电极层于所述的电容区域上。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述的形成一多晶硅层的步骤还包含：

形成一非晶硅层于所述的基板上；以及

以一准分子激光退火制造工艺，将所述的非晶硅层转变为所述的多晶硅层。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述的第一图案化光刻胶层是以半色调掩膜所形成。

15.如权利要求12所述的方法，其中暴露部分所述的第一导电部分、第二导电部分及所述的接垫结构的步骤，还包含下列步骤：

形成一第二图案化光刻胶层；以及

进行一第二刻蚀制造工艺，使所述的第一导电部分、所述的第二导电部分、及所述的接垫结构部分暴露出来。

16.如权利要求12所述的方法，其中电性连接所述的第一导电部分、第二导电部分、及所述的接垫结构的暴露部分的步骤，还包含下列步骤：

溅射所述的金属层；

形成一第三图案化光刻胶层；以及

进行一第三刻蚀制造工艺，去除部分所述的金属层，使该金属层包含一第一金属结构、一第二金属结构及一第三金属结构，其中所述的第一金属结构电性连接于所述的第一导电部分的一源极、所述的第二金属结构电性连接于所述的第一导电部分的一漏极与所述的第二导电部分、所述的第三金属结构电性连接于所述的接垫结构。

17.如权利要求12所述的方法，其中所述的部分暴露所述的透明电极层于所述的电容区域上的步骤，还包含下列步骤：

沉积所述的保护层；

形成一第四图案化光刻胶层；以及

进行一第四刻蚀制造工艺，去除部分所述的保护层及所述的第二金属结构，使所述的透明电极层于所述的电容区域部分暴露出来。

18.如权利要求12所述的方法，其中所述的透明电极层包括由氧化铟锡所制成。

19.如权利要求12所述的方法，所述的液晶显示器为一低温多晶硅液晶显示器。

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