CN101359634A - 薄膜晶体管阵列基板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管阵列基板制造方法，该制造方法在基板上依次形成第一金属层、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、第二金属层、钝化层和透明导电层，其中在第一金属层上形成有栅极和栅极接垫，在第二金属层上形成有源极、漏极和数据接垫，在透明导电层上形成有像素电极以及和栅极接垫、数据接垫电接触的透明电极。本发明提供的薄膜晶体管阵列基板制造方法可把光罩数减少到两个，降低成本，提高产量和成品率。

Description

薄膜晶体管阵列基板制造方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示装置阵列基板制造方法，尤其涉及一种减少光掩膜板的薄膜晶体管阵列基板制造方法。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(liquid crystal display，LCD)是目前最被广泛使用的一种平面显示器，具有低功耗、外型薄、重量轻以及低驱动电压等特征。薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)主要由薄膜晶体管阵列基板，彩色滤光阵列基板和液晶层组成。一般来说，彩色滤光阵列基板具有一彩色滤光片(color filter)以及一共同电极(common electrode)。而阵列基板上具有横向延伸的栅极线(gate line)、纵向延伸的数据线(source lines，或称源极线)、位于栅极线与数据线交叉处附近的当作是开关组件的薄膜晶体管(TFT)，以及由栅极线和数据线所定义的区域中的像素电极。每一薄膜晶体管具有一栅极、一源极和一漏极。栅极从栅极线延伸出来，而源极从源极线延伸出来。漏极通常是借助于一接触孔(contact hole)和像素电极电性连接。液晶显示器还包括垫部分(padportions)。垫部分包含有多个栅极接垫以及多个数据接垫(或源极接垫)，其中栅极接垫用来提供信号电压至栅极线，而数据接垫用来提供数据电压至源极线。这些栅极接垫以及多个数据接垫位于非显示区。

然而在TFT-LCD中，薄膜晶体管阵列基板的制造工艺复杂，因为在制造过程中涉及到半导体工艺制程，需要多个掩模工艺，因此在制造薄膜晶体管时，最重要的考虑之一就是减少制造工艺步骤，进而降低制作成本。特别是，在制造工艺中所使用的光罩成本较高，因此若能减少光罩数目，则可有效降低制造成本。TFTLCD阵列基板的制造技术经历了从七道光罩技术发展到目前的五道光罩、四道光罩技术的发展过程。然而为了简化工艺步骤和节省制造成本，本领域技术人员仍然期望以更少的光掩膜数目来达到薄膜晶体管的同样效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种薄膜晶体管阵列基板制造方法，能够有效减少光罩次数，从而简化制造工艺、降低制造成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法，包括以下步骤：提供一基板，并在该基板上形成第一金属层、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、第二金属层，然后涂布光刻胶，其中所述第一金属层具有栅极接垫区和储存电容区，所述有源层具有薄膜晶体管沟道区，所述第二金属层具有数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区；

利用第一光罩形成一第一光刻胶图案，其中覆盖所述数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区的光刻胶层具有第一厚度，覆盖所述薄膜晶体管沟道区的光刻胶具有第二厚度，覆盖所述栅极接垫区和储存电容区的光刻胶层具有第三厚度，该第一厚度大于第二厚度大于第三厚度；

以该第一光刻胶图案为掩模，去除部分第二金属层、有源层、欧姆接触层、栅绝缘层和第一金属层；

去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第三厚度光刻胶层所覆盖的栅极接垫区和储存电容区，经刻蚀形成栅极和储存电容；

继续去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第二厚度光刻胶层所覆盖的薄膜晶体管沟道区，去除该沟道区的第二金属层和欧姆接触层以形成沟道；

继续去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第一厚度光刻胶层所覆盖的薄膜晶体管的源极，漏极及数据接垫；

在上述图案上继续沉积钝化层，利用第二光罩形成一第二光刻胶图案，覆盖所述栅极接垫区、数据接垫区和薄膜晶体管区的光刻胶层具有第五厚度，其中，所述栅极接垫区中心区域、数据接垫区中心区域和漏极区中心区域无光刻胶层，覆盖其它地方具有第四厚度，该第四厚度大于第五厚度，经刻蚀后，在无光刻胶层的地方形成栅极接垫接触孔、数据接垫接触孔和像素电极接触孔，利用灰化处理去掉第五厚度的光刻胶层，同时减薄第四厚度的光刻胶层；

在上述图案上继续沉积透明导电层，剥离去除第四厚度的光刻胶层及覆盖其上的透明导电层，形成一透明电极于所述栅极接垫接触孔之上，一透明电极于所述数据接垫接触孔垫之上，以及一像素电极于所述像素电极接触孔之上。

上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法，所述第一光罩使用一多灰阶掩膜板，该掩膜板对应所述数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区具有第一透光区，对应所述薄膜晶体管沟道区具有第二透光区，对应所述栅极接垫区和储存电容区具有第三透光区，其他部分具有第四透光区，第一透光区到第四透光区的透光强度依次增大。

上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法，所述第二光罩使用一多灰阶掩膜板，该掩膜板对应所述栅极接垫区、数据接垫区和薄膜晶体管区具有第六透光区，其中对应所述栅极接垫区中心区域、数据接垫区中心区域和漏极区中心区域具有第七透光区，其他部分具有第五透光区，第五透光区到第七透光区的透光强度依次增大。

上述薄膜晶体管阵列基板的制造方法，所述光刻胶层为正型光刻胶层。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的薄膜晶体管阵列基板制造方法可把光罩数减少到两个，降低成本。另外，由于曝光次数的减少，每次曝光之间的误差也减少了，提高了产量和成品率。

附图说明

图1为本发明的一种薄膜晶体管阵列基板的像素结构示意图。

图2A为本发明沉积了第一金属层、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、第二金属层及涂覆光刻胶层后基板的截面图。

图2B为本发明采用第一道光罩进行掩模、曝光和显影后得到的图案。

图2C为图2B中无光刻胶覆盖区域进行刻蚀后得到的图案。

图2D为光刻胶减薄后得到的图案。

图2E为栅极接垫区和储存电容区进行刻蚀后得到的图案。

图2F为光刻胶第二次减薄后得到的图案。

图2G为薄膜晶体管沟道区进行刻蚀后得到的图案。

图2H为本发明第一道光罩光刻胶剥离后得到的图案。

图3A为本发明沉积钝化层后阵列基板的截面图。

图3B为本发明第二道光罩进行掩膜、曝光和显影后得到的图案。

图3C为钝化层刻蚀后得到的图案。

图3D为光刻胶减薄后得到的图案。

图3E为沉积ITO后，剥离光刻胶后得到的图案。

图4为本发明一像素结构图案。

图5为本发明另一像素结构图案。

图中

1基板                2掩膜板              3光刻胶层

4掩膜板              11栅极接垫区         12薄膜晶体管区

12a像素电极接触孔    12b栅极接垫接触孔    12c数据接垫接触孔

13存储电容区         14数据接垫区         15像素电极

21a第一透光区        21b第一透光区        21c第一透光区

22a第二透光区        23a第三透光区        23b第三透光区

24a第四透光区        24b第四透光区        24c第四透光区

24d第四透光区        24e第四透光区        31光刻胶图形

32光刻胶图形         33光刻胶图形         41a第五透光区

41b第五透光区        41c第五透光区        41d第五透光区

42a第六透光区        42b第六透光区        42c第六透光区

42d第六透光区        42e第六透光区        42f第六透光区

43a第七透光区        43b第七透光区        43c第七透光区

51光刻胶层           52光刻胶层

60栅极               61数据线             62源极

63漏极               64栅极线             65透明电极

66栅极接垫           67数据接垫           68透明电极

101第一金属层        102栅绝缘层          103有源层

104欧姆接触层        105第二金属层        106钝化层

111透明电极          141透明电极

d1第一厚度           d2第二厚度           d3第三厚度

d4第四厚度           d5第五厚度

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明的一种薄膜晶体管阵列基板的像素结构示意图。阵列基板上具有横向延伸的栅极线64、纵向延伸的数据线61、位于栅极线64与数据线61交叉处附近的当作是开关组件的薄膜晶体管区12，以及由栅极线和数据线所定义的区域中的像素电极15。每一薄膜晶体管具有一栅极(图未示)、一源极62和一漏极63。栅极从栅极线延伸出来，而源极从源极线延伸出来。漏极63通常是借助于一接触孔(图未示)和像素电极15电性连接。阵列基板还包括栅极接垫区11和数据接垫区14。

图2至图3为图1沿AA′截面图的阵列基板各部分的制作流程，请参照图2A至2H，其为本发明一较佳实施例的第一道光罩。

首先，如图2A所示，在基板1上依次沉积第一金属层101、栅绝缘层102、有源层103、欧姆接触层104、第二金属层105，其中基板1可以用玻璃，栅绝缘层102可以用氮化硅(SiNx)，有源层103使用非晶硅(a-Si)，欧姆接触层104为n+a-Si，之后形成一光刻胶层3于第二金属层105上。每一像素具有一栅极接垫区11、一薄膜晶体管区12、一储存电容区13和一数据接垫区14。

提供一具有四种不同光穿透度的掩膜板2，对上述光刻胶层3进行曝光显影。在每一像素中，本实施例中的掩膜板2具有多个第一透光区21a、21b、21c，第二透光区22a，第三透光区23a、23b，和第四透光区24a、24b、24c、24d、24e。第一透光区到第四透光区的透光强度依次增大。光刻胶层3为正型光刻胶层。

显影后所产生的光刻胶图形31具有三种不同厚度，请接着参考图2B：

(1)在对应于栅极接垫区11和储存电容区13的光刻胶具有第三厚度d3，而对应于栅极接垫区11和储存电容区13外围处的光刻胶完全去除；

(2)在对应于薄膜晶体管区12的沟道区处的光刻胶具有第二厚度d2，对应于源极和漏极区的光刻胶具有第一厚度d1；

(3)在对应于数据接垫区14的光刻胶具有第一厚度d1；

(4)其他处的光刻胶完全去除；

且该第一厚度d1大于第二厚度d2大于第三厚度d3。

之后，如图2C所示，依次蚀刻掉无光刻胶区的第二金属层105、欧姆接触层104、非晶硅层103、栅极绝缘层102及第一金属层101。

然后，对光刻胶图形31进行灰化处理，灰化后的光刻胶图形32如图2D。其中，对应于栅极接垫区11和储存电容区13的光刻胶被完全移除，薄膜晶体管区12和数据接垫区14的光刻胶被减薄。

接着，如图2E所示，对栅极接垫区11和储存电容区13进行刻蚀，暴露出第一金属层，形成栅极接垫和储存电容电极。

再对光刻胶图形32进行灰化处理，灰化后的光刻胶图形33如图2F。其中，对应于薄膜晶体管区12沟道区的光刻胶被完全移除，其余部分的光刻胶被减薄。

然后，如图2G所示，依次刻蚀掉薄膜晶体管沟道区的第二金属层105、欧姆接触层104，形成沟道。

接着，如图2H所示，移除掉薄膜晶体管区12源极区、漏极区及数据接垫区14处的光刻胶，以暴露被第一厚度d1光刻胶所覆盖的薄膜晶体管的源极，漏极及数据接垫，此时，所有图形上光刻胶已全部移除。

在已形成如图2H所示图案上沉积钝化层106，如图3A所示。然后采用第二道光罩进行曝光，其中掩膜板4具有多个第五透光区41a、41b、41c、41d，第六透光区42a、42b、42c、42d、42e、42f和第七透光区43a、43b、43c，其透光性依次增强，且涂覆正性光刻胶。

显影后所产生的一图案化后光刻胶层具有两种不同厚度，同时参考图3B：

(1)在对应于光掩膜板第五透光区41a、41b、41c、41d处，光刻胶具有第四厚度d4，该位置的光刻胶完全保留；

(2)在对应于光掩膜板42处，光刻胶具有第五厚度d5；

(3)在对应于光掩膜板43处，该处光刻胶完全被清除；

其中，光刻胶d4大于d5厚度。

之后，如图3C所示，对钝化层进行刻蚀，经刻蚀后，在无光刻胶层的地方形成栅极接垫接触孔12b、数据接垫接触孔12b和像素电极接触孔12a，利用灰化处理去掉第五厚度的光刻胶层52，同时减薄第四厚度的光刻胶层51。

然后对光刻胶51和52进行灰化处理，灰化后的光刻胶图形53如图3D所示。其中，对应于栅极垫区11、源极垫区14和像素电极15的光刻胶被完全清除，薄膜晶体管区12的光刻胶被减薄。

接着，在图3D图案上沉积透明电极层(图未示)，最后利用剥离技术将光刻胶图形53及覆盖其上的透明电极层去除，形成一透明电极111于所述栅极接垫接触孔12b之上，一透明电极141于所述数据接垫接触孔12c之上，以及一像素电极15于所述像素电极接触孔12a之上，形成如图3E所示的图形。这样，即完成整个阵列基板的制造过程。

经过上述两道光罩，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示器阵列基板的像素结构如图4所示，请结合图3E，本发明提供的阵列基板的像素结构包括基板1、栅极线64、栅极60、栅绝缘层102、有源层103、欧姆接触层104、数据线61、源极62、漏极63及像素电极15。其中，栅极线64、栅极60形成于第一金属层101上，第一金属层101上还形成有储存电容和栅极接垫66；源极62和漏极63形成于第二金属层102上；像素电极15形成于透明导电层上，透明导电层还形成有透明电极65。数据线61和源极62、漏极63下保留有第一金属层101、栅绝缘层102、有源层103和欧姆接触层104，栅极线64呈断续状分布在数据线61之间，透明电极65通过栅极接垫66连接断续的栅极线64。

本发明提供的薄膜晶体管液晶显示器阵列基板的像素结构，对数据线也可以由透明电极通过数据接垫连接，如图5所示，请结合图3E，本发明提供的阵列基板的像素结构包括基板1、栅极线64、栅极60、栅绝缘层102、有源层103、欧姆接触层104、数据线61、源极62、漏极63及像素电极15。其中，栅极线64、栅极60形成于第一金属层101上；源极62和漏极63形成于第二金属层102上，第二金属层102上还形成有数据接垫67；像素电极15形成于透明导电层上，透明导电层还形成有透明电极68。数据线61和源极62、漏极63下保留有第一金属层101、栅绝缘层102、有源层103和欧姆接触层104，数据线61呈断续状分布在栅极线64之间，透明电极68通过数据接垫67连接断续的数据线61。

综上所述，本发明提供的薄膜晶体管阵列基板制造方法通过透明电极和接垫连接断续的栅极线、数据线，可把光罩数减少到两个，降低成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法，包括以下步骤：

提供一基板，并在该基板上依次形成第一金属层、栅绝缘层、有源层、欧姆接触层、第二金属层，然后涂布光刻胶，其中所述第一金属层具有栅极接垫区和储存电容区，所述有源层具有薄膜晶体管沟道区，所述第二金属层具有数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区；

利用第一光罩形成一第一光刻胶图案，其中覆盖所述数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区的光刻胶层具有第一厚度，覆盖所述薄膜晶体管沟道区的光刻胶具有第二厚度，覆盖所述栅极接垫区和储存电容区的光刻胶层具有第三厚度，该第一厚度大于第二厚度大于第三厚度；

以该第一光刻胶图案为掩模，去除部分第二金属层、有源层、欧姆接触层、栅绝缘层和第一金属层；

去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第三厚度光刻胶层所覆盖的栅极接垫区和储存电容区，经刻蚀形成栅极和储存电容；

继续去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第二厚度光刻胶层所覆盖的薄膜晶体管沟道区，去除该沟道区的第二金属层和欧姆接触层以形成沟道；

继续去除该第一光刻胶图案的部分厚度，以暴露被第一厚度光刻胶层所覆盖的薄膜晶体管的源极，漏极及数据接垫；

在上述图案上继续沉积钝化层，利用第二光罩形成一第二光刻胶图案，覆盖所述栅极接垫区、数据接垫区和薄膜晶体管区的光刻胶层具有第五厚度，其中，所述栅极接垫区中心区域、数据接垫区中心区域和漏极区中心区域无光刻胶层，覆盖其它地方具有第四厚度，该第四厚度大于第五厚度，经刻蚀后，在无光刻胶层的地方形成栅极接垫接触孔、数据接垫接触孔和像素电极接触孔，利用灰化处理去掉第五厚度的光刻胶层，同时减薄第四厚度的光刻胶层；

在上述图案上继续沉积透明导电层，剥离去除第四厚度的光刻胶层及覆盖其上的透明导电层，形成一透明电极于所述栅极接垫接触孔之上，一透明电极于所述数据接垫接触孔之上，以及一像素电极于所述像素电极接触孔之上。

2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法，其特征在于，所述第一光罩使用一多灰阶掩膜板，该掩膜板对应所述数据接垫区、薄膜晶体管源极区和漏极区具有第一透光区，对应所述薄膜晶体管沟道区具有第二透光区，对应所述栅极接垫区和储存电容区具有第三透光区，其他部分具有第四透光区，第一透光区到第四透光区的透光强度依次增大。

3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法，其特征在于，所述第二光罩使用一多灰阶掩膜板，该掩膜板对应所述栅极接垫区、数据接垫区和薄膜晶体管区具有第六透光区，其中对应所述栅极接垫区中心区域、数据接垫区中心区域和漏极区中心区域具有第七透光区，其他部分具有第五透光区，第五透光区到第七透光区的透光强度依次增大。

4.根据权利要求1至3任一项所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法，其特征在于，所述光刻胶层为正型光刻胶层。

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