CN101078842A - 一种tft lcd阵列基板结构及其制造方法 - Google Patents
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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、栅线、栅电极、栅绝缘层、半导体层、欧姆接触层及数据线，其特征在于：所述基板及栅绝缘层上除形成半导体层和欧姆接触层部分外的部分均覆盖有绝缘介质层，像素电极形成在该绝缘介质层和薄膜晶体管的欧姆接触层上方，源电极和漏电极形成在像素电极的上方，钝化层形成在源漏电极的上方。本发明同时也公开了TFT LCD阵列基板结构的制造方法。本发明通过将原来的5Mask工艺简化为3Mask工艺，共减少两次光刻过程，从而达到减少工艺步骤的目的；通过合并源漏电极光刻和像素电极光刻，使得源漏电极金属层和像素电极层可以在相同或者不同溅射设备中连续沉积，提高溅射设备的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)阵列基板结构及其制造方法，尤其涉及一种用3次光刻工艺制造的TFT LCD阵列基板结构及其制造方法。
背景技术
以TFT LCD为代表的液晶显示作为一种重要的平板显示方式，近十年里有了飞速的发展，受到人们的广泛关注。由于各厂商之间的剧烈竞争和TFT LCD制造技术的不断进步，显示质量优良，价格更加便宜的液晶显示器被不断推向市场。因此，采用更加先进的制造技术，简化生产工艺，降低生产成本成为TFT LCD生产厂商在剧烈竞争中得以生存的重要保证。
TFT LCD阵列基板的制造技术经历了从7次光刻技术(7Mask)到目前的5次光刻技术(5Mask)的发展过程，5Mask技术成为现在的TFT LCD阵列基板制造的主流。
部分厂商现在也开始在4Mask技术，4Mask技术是以5Mask技术为基准，利用灰色调光刻(Gray Tone Mask)工艺，将有源层光刻(ActiveMask)与源漏电极光刻(S/D Mask)合并成一个Mask，通过调整刻蚀(Etch)工艺，从而完成原来Active Mask和S/D Mask的功能，即通过一次Mask工艺达到两次Mask工艺的效果。
Gray Tone Mask技术是在Mask上使用带有条状(Slit)的图形，通过光线的干涉和衍射效应，在Mask上形成半透明的图形区域。在曝光过程中，光线只能部分透过半透明区域。通过控制曝光量，可以使光线通过Mask上的Gray Tone区域后照射到光刻胶上，使光刻胶只能部分曝光，而其他部分可以充分曝光。显影后，完全曝光区域没有光刻胶，未充分曝光的区域光刻胶的厚度就会小于完全未曝光的区域，从而在光刻胶上形成三维立体结构。通过控制Gray Tone区域的透过率，即线条区域与空白区域的“占空比”，可以控制光刻胶的厚度。这种在光刻掩膜板上使用半透明图形从而在光刻胶上形成厚度不同的三维图案的方法被统称为Gray Tone Mask技术。
5Mask技术包括5次光刻工艺，他们分别是栅电极光刻(Gate Mask)，有源层光刻(Active Mask)，源漏电极光刻(S/D Mask)，过孔光刻(ViaHole Mask)和像素电极光刻(Pixel Mask)。在每一个Mask工艺步骤中又分别包括一次或多次薄膜沉积(Thin Film Deposition)工艺和刻蚀工艺(包括干法刻蚀Dry Etch和湿法刻蚀Wet Etch)工艺，形成了5次薄膜沉积→光刻→刻蚀的循环过程。具体工艺过程如图2。
经过以上的5Mask工艺流程所得到的TFT LCD阵列基板结构的典型像素单元如图1所示。
尽管现有的5Mask或者4Mask制造工艺技术相对于原来的7Mask技术，在工艺流程上大大简化，设备利用率和产能也大幅提高，但是其仍然存在工艺流程复杂，产能和设备利用率不高等缺陷。
发明内容
本发明目的是针对技术的发展趋势，提供一种减少光刻过程，从而减少工艺步骤，提高产能和降低成本；以及提高设备的利用率，降低工艺时间，提高生产效率的TFT LCD阵列基板结构及其制造方法。
本发明提供了一种TFT LCD阵列基板结构，包括基板、栅线、栅电极、栅绝缘层、半导体层、欧姆接触层和数据线等部分，基板及栅绝缘层上除形成半导体层和欧姆接触层部分外的部分均覆盖有绝缘介质层，像素电极形成在该绝缘介质层和薄膜晶体管的欧姆接触层上方，源电极和漏电极形成在像素电极的上方，钝化层形成在源漏电极的上方。
其中，所述欧姆接触层具体为微晶硅层。所述数据线与源电极为一体结构。所述栅线和栅电极为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。所述栅绝缘层或绝缘介质层为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，或者为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。所述源漏电极或数据线为Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
本发明同时也提供了一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，包括：
步骤一，采用溅射工艺在基板上沉积栅金属层，然后采用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘介质层、半导体层和欧姆接触层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成栅线、栅电极、栅绝缘层及薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层，且在刻蚀完成后不进行光刻胶剥离工艺；
步骤二，在完成步骤一的基板上采用化学气相沉积法沉积绝缘介质层，通过光刻胶剥离技术，将光刻胶和光刻胶上的绝缘介质剥离掉；
步骤三，在完成步骤二的基板上，采用溅射工艺沉积像素电极层，源漏电极金属层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成像素电极、源电极、漏电极、数据线和薄膜晶体管的沟道部分，其中形成的源电极和数据线为一体相连；
步骤四，在完成步骤三的基板上，采用化学气相沉积法沉积钝化层，进行掩膜和刻蚀工艺，形成对沟道的保护，并露出绑定连线部分。
其中，所述步骤一沉积的欧姆接触层具体为沉积微晶硅层。所述步骤一中采用灰色调掩膜板进行掩膜时，使形成栅线和栅电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位。所述步骤三中采用灰色调掩膜板进行掩膜时，使形成像素电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成漏电极、源电极和数据线部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位。所述步骤三中采用溅射工艺沉积像素电极层和源漏电极金属层是在相同或不同设备中进行连续沉积。
本发明与现有的5次光刻制造工艺比较主要有以下效果：1.提供一种新的有别于现有的5Mask和4Mask技术的TFT LCD阵列基板结构及其制造方法；2、通过将原来的5Mask工艺简化为3Mask工艺，共减少两次光刻过程，从而达到减少工艺步骤，提高生产效率和降低生产成本的目的；3.通过合并栅电极光刻和有源层光刻，可以在沉积完栅金属层后直接进行栅绝缘层和薄膜晶体管的多层薄膜沉积；通过合并源漏电极光刻和像素电极光刻，使得源漏电极金属层和像素电极层可以在相同或者不同溅射设备中连续沉积，提高溅射设备的利用率。这样就大大减少工艺时间，提高了生产效率，从而达到提高产能和降低生产成本的目的。
附图说明
图1为传统的TFT LCD阵列基板结构典型像素单元平面图形；
图2为传统的5Mask工艺流程；
图3为本发明的工艺流程；
图4为采用本发明得到的TFT LCD阵列基板结构典型像素单元平面图形；
图5为图4A-A截面图形；
图6为图4B-B截面图形；
图7为本发明经过第一块灰色调掩膜板掩膜和刻蚀等工艺后得到的平面图形；
图8为图7C-C截面图形；
图9为本发明绝缘介质层在光刻胶剥离后的平面图形；
图10为本发明经过第二块灰色调掩膜板掩膜和刻蚀等工艺后得到的平面图形；
图11为图10D-D截面图形。
图中标记：
1、基板； 6、绝缘介质层；
2、栅线和栅电极； 7、像素电极；
3、栅绝缘层； 8、数据线；
4、半导体层； 9、钝化层；
5、欧姆接触层； 10、光刻胶。
具体实施方式
如图3所示，本发明所采用的制造工艺基本包括如下步骤：
步骤一，采用溅射工艺在基板上沉积栅金属层，然后采用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘介质层、半导体层和欧姆接触层，欧姆接触层采用能使半导体层和像素电极实现欧姆接触的材料制备，然后利用灰色调掩膜板进行掩膜，使形成栅线和栅电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位，再进行曝光和刻蚀等工艺，形成栅线、栅电极、栅绝缘层及薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层，在此步骤中，刻蚀完成后不进行光刻胶剥离工艺。
本步骤中沉积的栅金属层可以为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，也可为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。沉积的栅绝缘介质层可以为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，也可为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。
步骤二，在完成步骤一的基板上采用化学气相沉积法沉积绝缘介质层，通过光刻胶剥离技术，将光刻胶和光刻胶上的绝缘介质剥离掉，使TFT上的欧姆接触层露出，为下一步与像素电极即源漏电极与半导体层欧姆接触做好了准备。
本步骤中沉积的绝缘介质层可以为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，也可为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。
步骤三，在完成步骤二的基板上，采用溅射工艺沉积像素电极层，源漏电极金属层，然后利用灰色调掩膜板进行掩膜，使形成像素电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成漏电极、源电极和数据线部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位，接着进行曝光和刻蚀等工艺，形成像素电极、源电极、漏电极、数据线和薄膜晶体管的沟道部分，其中漏电极和数据线为一体相连。
本步骤中沉积的源漏电极金属层可以为Mo、MoW或Cr的单层膜，也可为Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
步骤四，在完成步骤三的基板上，采用化学气相沉积法沉积钝化层，进行掩膜和刻蚀工艺，形成沟道的保护，并露出绑定连线部分，得到完整的TFT LCD阵列。
图4给出了由上述步骤完成的TFT LCD阵列基板结构，图5为沿A-A截面图，图6为沿B-B截面图，包括基板1、栅线和栅电极2、栅绝缘层3、半导体层4、欧姆接触层5，其中，所述基板1及栅绝缘层3上除形成薄膜晶体管半导体层4、欧姆接触层5外的其他部分上覆盖有绝缘介质层6，像素电极7形成在该绝缘介质层6和薄膜晶体管的欧姆接触层5上方，源电极和漏电极形成在像素电极7的上方，且数据线8与源电极为一体结构。而欧姆接触层5为微晶硅层。栅线和栅电极2可以为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，也可为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。栅绝缘层3或绝缘介质层6具体可以为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，或者为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。源漏电极或数据线8具体可以为Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施方式。
本发明的TFT LCD阵列基板结构的制造方法，包括：
步骤一，在基板1(玻璃或石英等)上采用磁控溅射方法，沉积栅金属层Mo/AlND/Mo(400/4000/600)；采用等离子增强化学气相沉积法，依次淀积栅绝缘介质层、半导体层和欧姆接触层SiNx/a-Si/uc-Si(5000/1000/500)。然后采用第一块灰色调掩膜板进行掩膜和曝光，栅线和栅电极3部分的光刻胶为部分曝光，薄膜晶体管的a-Si部分(半导体层4部分)，uc-Si部分(欧姆接触层5)的光刻胶完全未曝光，其余部分的光刻胶完全曝光，并用反应离子刻蚀(RIE)等方法形成栅线和栅电极2、栅绝缘层3、薄膜晶体管的半导体层4和欧姆接触层5，栅线和栅电极2有栅绝缘层3覆盖，如图7所示的图形，沿C-C截面如图8所示。在此步骤中，完成刻蚀后，不进行光刻胶10的剥离工艺。
步骤二，在完成步骤一的基板上，采用等离子增强化学气相沉积法，沉积一层绝缘介质层6，SiNx(500)，进行光刻胶剥离工艺(Lift Off)工艺，剥离掉薄膜晶体管半导体层4和欧姆接触层5上的光刻胶及光刻胶上不需要的绝缘介质层，为下一工艺中像素电极7和源漏电极通过欧姆接触层5与半导体层4实现欧姆接触做好了准备，如图9。
步骤三，在完成步骤二的基板上，采用溅射(Sputter)方法，在同一台设备或不同的设备中连续沉积像素电极层ITO(500)，Mo(Cr或W或他们的合金)(3000)金属层，然后采用第二块灰色调掩膜板进行掩膜和曝光，像素电极7部分的光刻胶部分曝光，源漏电极及数据线部分的光刻胶未曝光，其余部分的光刻胶完全曝光，然后进行刻蚀等工艺，形成像素电极7与源漏电极和数据线8，其中源漏电极和数据线8为一体结构。如图10所示，沿D-D截面如图11所示。
步骤四，在完成步骤三的基板上，采用等离子增强化学气相沉积法沉积钝化层9，SiNx(2000)，进行过孔掩膜、曝光和刻蚀工艺，露出接线Pad部分，同时形成对沟道的保护，得到完整的TFT结构，如图4、图5和图6所示。
通过以上方法采用3Mask工艺的制造方法，得到了完整的TFT阵列基板结构，在减少工艺步骤，降低生产成本和提高生产效率的同时，提高溅射设备的生产效率和利用率，同时提供了一种新的有别现有5Mask技术和4Mask技术的TFT LCD阵列基板结构的制造方法。
本实施例仅给出了实现本发明的一种实施方案，但此方案和方案中的器件结构以及工艺条件是可以变化的，但这种变化不能偏离Gate电极和a-Si的TFT部分在同一Mask下形成，像素电极层和源漏电极层连续沉积并采用Gray Tone技术在同一Mask下形成的精神和范畴。
Claims (11)
1、一种TFT LCD阵列基板结构，包括基板、栅线、栅电极、栅绝缘层、半导体层、欧姆接触层及数据线，其特征在于：所述基板及栅绝缘层上除形成半导体层和欧姆接触层部分外的部分均覆盖有绝缘介质层，像素电极形成在该绝缘介质层和薄膜晶体管的欧姆接触层上方，源电极和漏电极形成在像素电极的上方，钝化层形成在源漏电极的上方。
2、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述欧姆接触层具体为微晶硅层。
3、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述数据线与源电极为一体结构。
4、根据权利要求1至3任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅线和栅电极为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为AlNd、Al、Cu、Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
5、根据权利要求1至3任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述栅绝缘层或绝缘介质层为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，或者为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。
6、根据权利要求1至3任一所述的阵列基板结构，其特征在于：所述源漏电极或数据线为Mo、MoW或Cr的单层膜，或者为Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
7、一种TFT LCD阵列基板结构的制造方法，其特征在于，包括：
步骤一，采用溅射工艺在基板上沉积栅金属层，然后采用化学气相沉积法依次沉积栅绝缘介质层、半导体层和欧姆接触层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成栅线、栅电极、栅绝缘层及薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层，且在刻蚀完成后不进行光刻胶剥离工艺；
步骤二，在完成步骤一的基板上采用化学气相沉积法沉积绝缘介质层，通过光刻胶剥离技术，将光刻胶和光刻胶上的绝缘介质剥离掉；
步骤三，在完成步骤二的基板上，采用溅射工艺沉积像素电极层，源漏电极金属层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成像素电极、源电极、漏电极、数据线和薄膜晶体管的沟道部分，其中形成的源电极和数据线为一体相连；
步骤四，在完成步骤三的基板上，采用化学气相沉积法沉积钝化层，进行掩膜和刻蚀工艺，形成对沟道的保护，并露出绑定连线部分。
8、根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述步骤一沉积的欧姆接触层具体为沉积微晶硅层。
9、根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述步骤一中采用灰色调掩膜板进行掩膜时，使形成栅线和栅电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成薄膜晶体管的半导体层和欧姆接触层部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位。
10、根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三中采用灰色调掩膜板进行掩膜时，使形成像素电极部位对应掩膜板的部分透光部位，形成漏电极、源电极和数据线部位对应掩膜板的不透光部位，其他部位对应掩膜板的完全透光部位。
11、根据权利要求7至9任一所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三中采用溅射工艺沉积像素电极层和源漏电极金属层是在相同或不同设备中进行连续沉积。
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| PB01 | Publication | ||
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