CN101078843A - 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、半导体层和数据线，其特征在于：所述基板、栅线、栅电极、栅绝缘层和半导体层的上方覆盖有绝缘介质层，其中位于半导体层上方的绝缘介质层两侧有过孔，欧姆接触层沉积在过孔内，像素电极通过过孔内欧姆接触层与半导体层欧姆接触，源电极和漏电极位于像素电极的上方。本发明同时也公开了该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；同时本发明通过合并源漏电极和像素电极光刻，使得源漏电极金属层和透明像素电极层可以在同一台溅射设备中连续沉积，从而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，它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、半导体层及数据线等部分，基板、栅线、栅电极、栅绝缘层和半导体层的上方覆盖有绝缘介质层，其中位于半导体层上方的绝缘介质层两侧有过孔，欧姆接触层沉积在过孔内，像素电极通过过孔内欧姆接触层与半导体层欧姆接触，源电极和漏电极位于像素电极的上方。
其中，所述欧姆接触层为微晶硅材料。所述绝缘介质层为由N+a-Si层与Mo、Cr、W或它们的合金金属层所构成的复合层。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和半导体层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成栅线、栅电极、栅绝缘层和薄膜晶体管半导体层部分；
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，进行过孔掩膜和刻蚀工艺，形成位于半导体层上方的绝缘介质层两侧的过孔；
步骤三，在步骤二形成过孔中制作欧姆接触层；
步骤四，在完成步骤三的基板上，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、漏电极和数据线，其中形成的漏电极和数据线为一体相连。
其中，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。所述步骤四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。所述步骤三制作欧姆接触层可以为在等离子体增强化学气相沉积室中通入PH3和H2，使PH3在H2等离子的状态下与过孔部分的a-Si进行界面反应，通过控制反应条件，生成uc-Si接触层；也可为在过孔掩膜中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻胶剥离，通过化学气相沉积法直接进行微晶硅沉积，再通过光刻胶剥离工艺将光刻胶及光刻胶上面的微晶硅层进行剥离掉，从而得到过孔中微晶硅层。还可为在过孔掩膜中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻剥离，通过化学气相沉积法沉积一层N+a-Si，然后再沉积一层很薄的Mo、Cr、W或它们的合金金属层，再通过光刻胶剥离工艺将光刻胶及光刻胶上面的N+a-Si和Mo、Cr、W或它们的合金金属层剥离掉，从而得到过孔中N+a-Si与和Mo、Cr、W或它们的合金金属层。所述步骤四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。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；2、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介质层和半导体层的沉积；通过合并源漏电极和像素电极光刻，使得源漏电极金属层和透明像素电极层可以在同一台溅射设备中连续沉积，从而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；3、为了保证像素电极层与半导体层具有良好的欧姆接触，采用了微晶硅(uc-Si)材料实现欧姆接触等多种不同的设计(ITO与Mo不同，与N+a-Si不能实现欧姆接触)。
附图说明
图1为传统的TFT LCD阵列基板像素单元平面图形；
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为本发明经过过孔掩膜和刻蚀后得到的平面图形；
图10为图9D-D截面图形；
图11为本发明采用途径(1)制作欧姆接触层的截面图形；
图12为本发明采用途径(2)制作欧姆接触层的截面图形；
图13为本发明采用途径(3)制作欧姆接触层的截面图形。
附图标记：
1、基板； 6、像素电极；
2、栅线和栅电极； 7、数据线；
3、栅绝缘层； 8、绝缘介质层；
4、半导体层； 9、高温光刻胶；
5、欧姆接触层； 10、Mo(W或Cr或它们的合金)。
具体实施方式
如图3所示，为本发明的流程图，包括如下步骤：
步骤一，在干净的玻璃基板上采用溅射沉积栅金属层，再采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)依次沉积栅绝缘介质层和半导体层，通过灰色调掩膜板掩膜，其中形成栅线和栅电极部分对应掩膜板部分透光部位，形成TFT半导体层部分对应掩膜板完全不透光部位，其余部分对应掩膜板完全透光部位，经过曝光和刻蚀等工艺，于是得到栅线和栅电极以及TFT的栅绝缘层和半导体层部分。
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，或者为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜
步骤二，在上一步工艺的基础上，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积一绝缘介质层，然后进行过孔掩膜和刻蚀工艺，在TFT的半导体层的两侧分别刻出过孔，为后面的像素电极层与半导体层实现欧姆接触做好准备。
本步骤中沉积的绝缘介质层可以为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，或者为SiNx、SiOx或SiOxNy之一或任意组合所构成的复合膜。
步骤三，在步骤二形成过孔中制作欧姆接触层。
为了实现像素电极即源漏电极与半导体层的欧姆接触，主要采用以下几种不同途径：
(1)在等离子体增强化学气相沉积室中通入PH3和H2，使PH3在H2等离子的状态下与过孔部分的半导体层进行界面反应，通过控制反应条件，在过孔中生成微晶硅层，从而为下一步沉积的像素电极通过微晶硅层与半导体层实现欧姆接触做好准备。
(2)在步骤二的掩膜光刻中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻胶剥离工艺，通过等离子体增强化学气相沉积法直接进行微晶硅沉积，再通过光刻胶剥离技术对光刻胶及光刻胶上面的微晶硅层进行剥离，从而得到与途径(1)相同的结构，为后面沉积的像素电极通过微晶硅层与半导体层实现欧姆接触做好准备。
(3)在步骤二的掩膜光刻中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻胶剥离工艺，通过等离子体增强化学气相沉积法沉积一层N+a-Si，然后再沉积一层很薄的MO(或Cr或W或它们合金)金属层，通过光刻胶玻璃技术将光刻胶及光刻胶上的N+a-Si和Mo(或Cr，W或它们合金)金属层剥离掉，得到与途径(1)和(2)相类似的结构，为后面的像素电极通过MO(或Cr或W或它们的合金)金属层和N+a-Si与半导体层实现欧姆接触做好了准备。
步骤四，在完成上面步骤后，采用溅射方法连续沉积像素电极和源漏电极金属层，通过灰色调掩膜板掩膜，使形成像素电极部分对应掩膜板的部分透光部位，使形成源漏电极及数据线部分对应掩膜板的不透光部位，其他部分对应掩膜板的完全透光部位，经过曝光和刻蚀等工艺后，得到像素电极、源漏电极和数据线。
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，或者为Mo、MoW或Cr之一或任意组合所构成的复合膜。
经过上述步骤得到如图4、图5和图6所示的TFT LCD阵列基板结构，包括形成在基板1上的栅线和栅电极2、栅绝缘层3及半导体层4，其区别于现有技术的特征主要为：基板1、栅线和栅电极2、栅绝缘层3和半导体层4的上方覆盖有绝缘介质层8，且位于半导体层4上方的绝缘介质层8两侧有过孔，欧姆接触层5沉积在该过孔内，像素电极6通过过孔内欧姆接触层5与半导体层4欧姆接触，源电极和漏电极位于像素电极6的上方，且数据线7与源电极为一体结构。而欧姆接触层5除了可采用微晶硅材料，还可为由N+a-Si层与Mo、Cr、W或它们的合金金属层所构成的复合层。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8可以为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层膜，也可以为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7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。
以下，参照附图来详细说明本发明优选的制造方法。
本发明的TFT LCD阵列基板结构的制造方法，包括：
步骤一，如图7和图8所示，采用磁控溅射方法，在基板(玻璃或石英等)1沉积Mo/AlND/Mo(400/4000/600)金属层；采用等离子体增强化学气相沉积法，依次淀积SiNx/a-Si(5000/1000)。然后进行灰色调掩膜版进行掩膜和曝光，并用反应离子刻蚀(RIE)等方法形成栅线和栅电极2、TFT部分的栅绝缘层3和半导体层4。
步骤二，如图9和图10所示，在完成步骤一的基板上，采用等离子体增强化学气相沉积法，沉积一层绝缘介质层8，为SiNx(2000)，进行过孔掩膜，并采用干法刻蚀的方法刻蚀，在半导体层上方的绝缘层介质层两侧刻蚀出ITO与a-Si通过欧姆接触层连接的过孔。
步骤三，在步骤二形成的基础上，采用下列途径制作欧姆接触层5。
(1)如图11所示。通过PH3在H2 Plasma条件下与步骤二中形成的过孔的a-Si层进行界面反应生成uc-Si(～200)。
(2)如图12所示。在步骤二中进行过孔掩膜时，采用高温光刻胶9，在曝光和刻蚀形成过孔后，不剥离的高温光刻胶9，采用等离子体增强化学气相沉积法，沉积一层uc-Si(200)，再通过光刻胶剥离(Lift Off)技术将不需要部分uc-Si层和光刻胶剥离掉，从而仅剩下过孔部分中有uc-Si层。
(3)如图13所示。在步骤二中进行过孔掩膜时，采用高温光刻胶9，在曝光和刻蚀等工艺形成过孔后，不剥离的高温光刻胶9，采用等离子体增强化学气相沉积法沉积一层N+a-Si(200)，溅射方法沉积一层Mo10(Cr或W或者它们的合金)(200)，再用光刻胶剥离(Lift Off)技术将不需要的N+a-Si层和Mo金属层(Cr或W或者它们的合金)和光刻胶剥离掉，从而仅剩下过孔部分中有N+a-Si层和Mo金属层(Cr或W或者它们的合金)。
步骤四，在完成步骤三的基板上，采用溅射方法，连续沉积ITO(500)金属层，Mo(Cr、W或它们的合金)(3000)金属层，并进行灰色调掩膜板进行掩膜、曝光和刻蚀等工艺，形成像素电极6与源漏电极和数据线7，其中数据线7与源电极为一体结构，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Sputter设备的生产效率和利用率，同时提供了一种新的有别于现有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，ITO像素电极层和S/D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 (14)
1.一种TFT LCD阵列基板结构，包括基板、栅线、栅电极、栅绝缘层、半导体层及数据线，其特征在于：所述基板、栅线、栅电极、栅绝缘层和半导体层的上方覆盖有绝缘介质层，其中位于半导体层上方的绝缘介质层两侧有过孔，欧姆接触层沉积在过孔内，像素电极通过过孔内欧姆接触层与半导体层欧姆接触，源电极和漏电极位于像素电极的上方。
2、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述欧姆接触层为微晶硅材料。
3、根据权利要求1所述的阵列基板结构，其特征在于：所述绝缘介质层为由N+a-Si层与Mo、Cr、W或者它们的合金金属层所构成的复合层。
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：所述数据线与源电极为一体结构。
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。
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。
7、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。
8、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和半导体层，利用灰色调掩膜板进行掩膜和刻蚀，形成栅线、栅电极、栅绝缘层和薄膜晶体管半导体层部分；
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，进行过孔掩膜和刻蚀工艺，形成位于半导体层上方的绝缘介质层两侧的过孔；
步骤三，在步骤二形成过孔中制作欧姆接触层；
步骤四，在完成步骤三的基板上，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、漏电极和数据线，其中形成的漏电极和数据线为一体相连。
9、根据权利要求8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8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤四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8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三制作欧姆接触层具体为在等离子体增强化学气相沉积室中通入PH3和H2，使PH3在H2等离子的状态下与过孔部分的a-Si进行界面反应，通过控制反应条件，生成uc-Si接触层。
12、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三制作欧姆接触层具体为在过孔掩膜中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻胶剥离，通过化学气相沉积法直接进行微晶硅沉积，再通过光刻胶剥离工艺将光刻胶及光刻胶上面的微晶硅层进行剥离掉，从而得到过孔中微晶硅层。
13、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤三制作欧姆接触层具体为在过孔掩膜中采用高温光刻胶，在工艺结束时不进行光刻剥离，通过化学气相沉积法沉积一层N+a-Si，然后再沉积一层很薄的Mo、Cr、W或它们的合金金属层，再通过光刻胶剥离工艺将光刻胶及光刻胶上面的N+a-Si和Mo、Cr、W或它们的合金金属层剥离掉，从而得到过孔中N+a-Si与和Mo、Cr、W或它们的合金金属层。
14、根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于：所述步骤四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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