CN101424849A - Tft-lcd像素结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种TFT－LCD像素结构及其制造方法。TFT－LCD像素结构包括形成在像素区域内的像素电极，还包括水平设置在像素区域中部的栅线、相对于所述栅线垂直设置并位于所述像素区域外侧的数据线、分别设置在所述像素区域外侧且均与所述像素电极连接的数个薄膜晶体管。本发明通过在一个像素电极的外侧设置数个薄膜晶体管，在提高像素工作可靠性的前提下，有效避免了取向膜摩擦取向工艺中的不良缺陷，液晶取向质量明显提高，提高了产品的画面品质，提高了产品良品率。此外，本发明将数据线设置在像素电极的外侧，栅电极线的宽度比现有技术栅线的宽度窄，薄膜晶体管占用面积减小，提高了开口率。

Description

TFT-LCD像素结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器，特别是一种TFT-LCD像素结构及其制造方法。

背景技术

薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay，简称TFT-LCD)具有体积小、功耗低、无辐射、制造成本相对较低等特点，在当前的平板显示器市场占据了主导地位。目前，TFT-LCD日益趋向于大型化，单个像素的尺寸也越来越大，一个像素点(亮点或灭点)的缺点都会很明显地影响画面品质，所以对于大型TFT-LCD，不仅需要有较高的分辨率和高品质画面，而且需要有较高的单个像素工作可靠性。

图10为现有技术TFT-LCD像素结构示意图，是一种单个像素内设置四个薄膜晶体管的技术方案。TFT-LCD像素结构包括薄膜晶体管(TFT)1、栅线2、数据线3和像素电极4，交叉设置的栅线2和数据线3位于像素区域的中间位置，由此交叉点限定了左上、左下、右上、右下四个区域，作为开关器件的薄膜晶体管1设置在栅线2和数据线3的交叉处，左上区域、左下区域、右上区域、右下区域各设置一个薄膜晶体管1，共四个，每个薄膜晶体管1均与像素电极4连接，在生产或使用中即使有其中一个薄膜晶体管出现不良或失效，其他的薄膜晶体管也可以起到开关作用。

现有技术上述像素结构虽然解决了单个像素工作可靠性的技术问题，但同时带来了其他技术缺陷，具体为：

(1)导致液晶取向质量降低

由于该结构的四个薄膜晶体管在栅线和数据线交叉处集中设置，栅线较宽(这样才能形成“H型”TFT沟道区)，且源电极设置在栅线中间，因此导致了栅电极和源电极之间的高度端差。在TFT-LCD工艺中取向膜摩擦取向处理中，由于栅电极和源电极之间高度端差的存在，取向膜会出现较大范围的摩擦取向阴影区域。图11为图10所示结构摩擦取向阴影区域的示意图，摩擦取向阴影区域C形成在数据线右侧邻近区域、栅线下侧邻近区域、四个薄膜晶体管右侧和下侧邻近区域，阴影区域面积大，且分布范围广。大面积、分布广的摩擦取向阴影区域在很大程度上降低了液晶的取向质量，导致该区域的液晶不能正常排列，直接导致画面质量下降，同时也降低了产品良品率。

(2)导致开口率降低

由于栅线和数据线设置在像素中间，占用面积大，因此导致开口率下降。以32英寸为例，该结构形式产品的开口率通常在50％～60％左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种TFT-LCD像素结构及其制造方法，有效解决现有像素结构使摩擦取向阴影区域面积大、分布广等技术缺陷，提高画面质量产品良品率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种TFT-LCD像素结构，包括形成在像素区域内的像素电极，还包括：

栅线，水平设置在像素区域的中部；

数据线，相对于所述栅线垂直设置，并位于所述像素区域的外侧；

数个薄膜晶体管，分别设置在所述像素区域的外侧，且均与所述像素电极连接。

其中，每个薄膜晶体管包括：

栅电极线，形成在基板上，相对于所述栅线垂直设置；

栅绝缘层，形成在所述栅电极线上，并覆盖整个基板；

非晶硅层，形成在所述栅绝缘层上，并位于所述栅电极线之上；

n⁺非晶硅层，形成在所述非晶硅层上；

源漏电极层，形成在所述n⁺非晶硅层上，包括漏电极和源电极，所述漏电极与所述数据线连接，所述源电极与所述像素电极连接，所述漏电极和源电极之间形成沟道区域；

钝化层，形成在所述源漏电极层上，并覆盖整个基板，其上形成有使所述源电极与像素电极连接的钝化层过孔。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种TFT-LCD像素结构制造方法，包括：

步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线和栅电极线，所述栅线以水平状形成在像素区域的中间，所述栅电极线以垂直状形成在像素区域的一侧；

步骤2、在完成步骤1的基板上连续沉积栅绝缘层、非晶硅薄膜和n⁺非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺，在所述栅电极线的设定区域分别形成数个非晶硅层和n⁺非晶硅层；

步骤3、在完成步骤2的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺以垂直状在像素区域的外侧形成数据线、在所述数个非晶硅层位置形成相同数量的源漏电极层，同时刻蚀掉暴露的n⁺非晶硅层，每个源漏电极层中的漏电极与数据线连接，每个源漏电极层中的源电极与漏电极相对设置；

步骤4、在完成步骤3的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在每个源漏电极层中的源电极位置形成钝化层过孔；

步骤5、在完成步骤4的基板上沉积像素电极薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在像素区域内形成像素电极，使像素电极通过每个钝化层过孔与每个源漏电极层中的漏电极连接。

本发明提出了一种TFT-LCD像素结构及其制造方法，通过在一个像素电极的外侧设置数个薄膜晶体管，在提高像素工作可靠性的前提下，有效避免了取向膜摩擦取向工艺中的不良缺陷。本发明结构所形成的摩擦取向阴影区域面积小，且分布集中，使大范围的液晶能正常排列，液晶取向质量明显提高，提高了产品的画面品质，提高了产品良品率。此外，本发明将数据线设置在像素电极的外侧，栅电极线的宽度比现有技术栅线的宽度窄，薄膜晶体管占用面积减小，因此提高了开口率。以32英寸为例，本发明形成产品的开口率在60％～70％。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明TFT-LCD像素结构第一实施例的结构示意图；

图2为图1所示结构摩擦取向阴影区域的示意图；

图3a、图3b为本发明形成栅电极线和栅线的示意图；

图4a、图4b为本发明形成栅绝缘层和有源层的示意图；

图5为本发明形成源漏电极层和数据线的示意图；

图6a、图6b为本发明形成钝化层的示意图；

图7为本发明形成像素电极的示意图；

图8为本发明TFT-LCD像素结构第二实施例的结构示意图；

图9为本发明TFT-LCD像素结构制造方法的流程图；

图10为现有技术TFT-LCD像素结构示意图；

图11为图10所示结构摩擦取向阴影区域的示意图。

附图标记说明：

1—薄膜晶体管；       2—栅线；              3—数据线；

4—像素电极；         10—基板；             11—栅电极线；

12—栅绝缘层；        13—非晶硅层；         14—n+非晶硅层；

15—源漏电极层；      16—钝化层；           161—钝化层过孔。

具体实施方式

图1为本发明TFT-LCD像素结构第一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例TFT-LCD像素结构包括薄膜晶体管1、栅线2、数据线3和像素电极4，其中栅线2水平设置，位于像素区域的中部，数据线3相对于栅线2垂直设置，且位于像素区域的外侧(如图1的左侧)，数个薄膜晶体管1设置在像素区域的外侧(如图1的左侧)，同时与形成在像素区域内的像素电极4连接，像素电极4与栅线2的重叠部分形成存储电容。具体地，数个薄膜晶体管1设置在像素区域外侧的栅电极线11上，栅电极线11相对于栅线2垂直设置，且位于数据线3的内侧，其宽度较栅线2的宽度窄；数据线3朝向栅电极线11的一侧形成数个漏电极，每个漏电极的端部区域位于栅电极线11之上，与漏电极数量相同的数个源电极与数个漏电极相对设置，每个源电极的端部区域也位于栅电极线11之上，使栅电极线11、数个漏电极和数个源电极的交接处形成数个薄膜晶体管1(如图1的4个)。

从上述技术方案可以看出，本实施例TFT-LCD像素结构中的一个像素电极与数个薄膜晶体管连接，因此在生产或使用中即使有其中一个或几个薄膜晶体管出现不良或失效，其他的薄膜晶体管也可以起到开关作用，从而可以防止由薄膜晶体管失效引起的像素电极失效，保证像素的正常显示，提高了像素工作可靠性。由于数个薄膜晶体管均设置在单个像素的一侧，不仅减少了单个像素内栅电极和源电极之间的高度端差，而且避免了取向膜摩擦取向工艺中的不良缺陷。图2为图1所示结构摩擦取向阴影区域的示意图，摩擦取向阴影区域C仅形成在水平状栅线下侧邻近区域和四个薄膜晶体管右下侧邻近区域，摩擦取向阴影区域面积小，且分布集中。小面积、集中分布的摩擦取向阴影区域使大范围的液晶能正常排列，液晶取向质量明显提高，提高了产品的画面品质，提高了产品良品率。此外，本实施例TFT-LCD像素结构将数据线设置在像素电极的外侧，栅电极线的宽度比现有技术栅线的宽度窄，薄膜晶体管占用面积减小，提高了开口率。与现有技术栅线和数据线均位于像素区域中间的技术方案相比，本实施例TFT-LCD像素结构的开口率提高了10％。

下面以单个像素内设置四个薄膜晶体管为例，通过TFT-LCD像素结构的制造过程说明本发明的技术方案。

图3a、图3b为本发明形成栅电极线和栅线的示意图，其中图3a为图1中A-A向剖面图，图3b为图1中B-B向剖面图。如图3a、图3b所示，使用磁控溅射方法，在基板10上制备一层厚度为1000

～7000

的金属薄膜。金属薄膜通常使用钼、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。用栅电极线和栅线掩模版通过曝光工艺和蚀刻工艺，在基板10的一定区域上形成栅电极线11和栅线图案。针对一个像素区域而言，栅线以水平状形成在像素区域的中间，栅电极线11以垂直状形成在像素区域的一侧(如图1的左侧)，且垂直状栅电极线11的宽度比水平状栅线的宽度窄。

图4a、图4b为本发明形成栅绝缘层和有源层的示意图，其中图4a为图1中A-A向剖面图，图4b为图1中B-B向剖面图。如图4a、图4b所示，利用化学气相沉积的方法在完成栅线和栅电极线11图案的基板10上连续沉积厚度为1000

～6000

的栅绝缘层12(栅电极绝缘层薄膜)、厚度为1000

～6000

的非晶硅薄膜和厚度为1000

～6000

的n⁺非晶硅薄膜(搀杂的非晶硅薄膜)。栅绝缘层12材料通常是氮化硅，也可以使用氧化硅和氮氧化硅等。用有源层掩模版进行曝光后对非晶硅薄膜和n⁺非晶硅薄膜进行刻蚀，在栅电极线11的设定区域分别形成非晶硅层13和n+非晶硅层14，四个位置的非晶硅层13和n+非晶硅层14组成四个有源层，n+非晶硅层14的主要作用是为了减少非晶硅层13与金属的源漏电极层15之间的接触电阻。

图5为本发明形成源漏电极层和数据线的示意图，为图1中A-A向剖面图。如图5所示，采用栅电极线类似的制备方法，在基板10上沉积一层厚度为1000

～7000

金属薄膜，通常使用钼、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。通过源电极、漏电极和数据线掩模版形成数据线和源漏电极层15，其中数据线以垂直状形成在像素区域的一侧，并位于栅电极线11的外侧，源漏电极层15中的四个漏电极的一端位于栅电极线11上(与n+非晶硅层14位置相同)，另一端与数据线连接，四个源电极分别与四个漏电极相对设置，一端也位于栅电极线11上；采用刻蚀工艺去掉暴露的n⁺非晶硅层14，露出非晶硅层13，使每个漏电极和每个源电极相对的一端分别形成一个沟道区域，共四个。

图6a、图6b为本发明形成钝化层的示意图，其中图6a为图1中A-A向剖面图，图6b为图1中B-B向剖面图。如图6a、图6b所示，用制备栅绝缘层和有源层类似的方法，在整个基板10上沉积一层厚度为1000

～6000

的钝化层16，其材料通常是氮化硅。通过钝化层掩模版，利用曝光和刻蚀工艺在源漏电极层15的四个漏电极位置形成四个钝化层过孔161。

图7为本发明形成像素电极的示意图，为图1中A-A向剖面图。如图7所示，在完成上述结构的基板10上通过沉积、曝光和刻蚀工艺形成像素电极4，使像素电极4通过四个钝化层过孔161与源漏电极层15中的四个源电极连接。

通过上述制备工艺，在单个像素形成四个薄膜晶体管，优选地，相对于水平状且位于像素中间的栅线，四个薄膜晶体管对称设置，即上部区域二个，下部区域二个，存储电容则在像素中间形成，也就是说，存储电容是“Cst onGate”方式。进一步地，本实施例TFT-LCD像素结构中的四个薄膜晶体管不仅均起到开关作用，而且每个像素的沟道寄生电容(栅电极线-源电极之间形成的寄生电容)是四个薄膜晶体管的寄生电容的总和。因为四个寄生电容的位置不相同，且之间相距一定距离，因此即便有局部的寄生电容重叠(Overlap)，也可以保证每个像素沟道寄生电容的相对稳定，从而进一步地改善了TFT-LCD的画面特性。

图8为本发明TFT-LCD像素结构第二实施例的结构示意图。本实施例与前述第一实施例的技术方案基本相近，不同之处是将两个薄膜晶体管设置在像素区域的右上方(也可以是左上方)，将另外两个薄膜晶体管设置在像素区域的左下方(也可以是右下方)。如图8所示，本实施例TFT-LCD像素结构包括薄膜晶体管1、栅线2、数据线3、像素电极4和栅电极线11，其中栅线2水平设置，位于像素区域的中部，数据线3相对于栅线2垂直设置，且位于像素区域的一侧(如图8的左侧)；本实施例的栅电极线11为二个，位于栅线2上方的栅电极线11设置在像素区域的右侧(也可以是左侧)，位于栅线2下方的栅电极线11设置在像素区域的左侧(也可以是右侧)；数据线3朝向栅电极线11的一侧形成四个位于栅电极线11之上的漏电极，与四个漏电极相对设置的四个源电极也位于栅电极线11的上方，使栅电极线11、漏电极和源电极的交接处形成四个薄膜晶体管1，使两个薄膜晶体管设置在像素区域的右上方(也可以是左上方)，另外两个薄膜晶体管设置在像素区域的左下方(也可以是右下方)；像素电极4形成在像素区域内，同时与四个薄膜晶体管1连接，同时像素电极4与栅线2的重叠部分形成存储电容。

本实施例TFT-LCD像素结构同样具有摩擦取向阴影区域面积小、分布集中等优点，液晶取向质量明显提高，提高了产品的画面品质，并提高了开口率。

图9为本发明TFT-LCD像素结构制造方法的流程图，具体为：

步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线和栅电极线，所述栅线以水平状形成在像素区域的中间，所述栅电极线以垂直状形成在像素区域的一侧；

步骤2、在完成步骤1的基板上连续沉积栅绝缘层、非晶硅薄膜和n⁺非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺，在所述栅电极线的设定区域分别形成数个非晶硅层和n⁺非晶硅层；

步骤3、在完成步骤2的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺以垂直状在像素区域的外侧形成数据线、在所述数个非晶硅层位置形成相同数量的源漏电极层，同时刻蚀掉暴露的n⁺非晶硅层，每个源漏电极层中的漏电极与数据线连接，每个源漏电极层中的源电极与漏电极相对设置；

步骤4、在完成步骤3的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在每个源漏电极层中的源电极位置形成钝化层过孔；

步骤5、在完成步骤4的基板上沉积像素电极薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在像素区域内形成像素电极，使像素电极通过每个钝化层过孔与每个源漏电极层中的漏电极连接。

本发明TFT-LCD像素结构制造方法通过在一个像素电极的外侧设置数个薄膜晶体管，在提高像素工作可靠性的前提下，有效避免了取向膜摩擦取向工艺中的不良缺陷。本发明结构所形成的摩擦取向阴影区域面积小，且分布集中，使大范围的液晶能正常排列，液晶取向质量明显提高，提高了产品的画面品质，提高了产品良品率。此外，本发明将数据线设置在像素电极的外侧，栅电极线的宽度比现有技术栅线的宽度窄，薄膜晶体管占用面积减小，因此提高了开口率。

步骤1中，使用磁控溅射方法，在基板上制备一层厚度为1000

～7000

的金属薄膜。金属薄膜通常使用钼、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。用栅电极线和栅线掩模版通过曝光工艺和蚀刻工艺，在基板的一定区域上形成栅电极线和栅线图案。针对一个像素区域而言，栅线以水平状形成在像素区域的中间，栅电极线以垂直状形成在像素区域的一侧(如左侧或右侧)，且垂直状栅电极线的宽度比水平状栅线的宽度窄。

步骤2中，利用化学气相沉积的方法在完成栅线和栅电极线图案的基板上连续沉积厚度为1000

～6000

的栅绝缘层(栅电极绝缘层薄膜)、厚度为1000

～6000

的非晶硅薄膜和厚度为1000

～6000

的n⁺非晶硅薄膜(搀杂的非晶硅薄膜)。栅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。用有源层掩模版进行曝光后对非晶硅薄膜和n⁺非晶硅薄膜进行刻蚀，在栅电极线的设定区域分别形成非晶硅层和n+非晶硅层，数个位置的非晶硅层和n+非晶硅层组成数个有源层。

步骤3中，采用栅电极线类似的制备方法，在基板上沉积一层厚度为1000

～7000

金属薄膜，通常使用钼、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。通过源电极、漏电极和数据线掩模版形成数据线和源漏电极层，其中数据线以垂直状形成在像素区域的一侧，并位于栅电极线的外侧，源漏电极层中的数个漏电极的一端位于栅电极线上，另一端与数据线连接，数个源电极分别与数个漏电极相对设置，一端也位于栅电极线上；采用刻蚀工艺去掉暴露的n⁺非晶硅层，露出非晶硅层，使每个漏电极和每个源电极相对的一端分别形成一个沟道区域。

步骤4中，用制备栅绝缘层和有源层类似的方法，在整个基板上沉积一层厚度为1000

～6000

的钝化层，其材料通常是氮化硅。通过钝化层掩模版，利用曝光和刻蚀工艺在源漏电极层的数个漏电极位置形成数个钝化层过孔。

步骤5中，在完成上述结构的基板上通过沉积、曝光和刻蚀工艺形成像素电极，使像素电极通过数个钝化层过孔与源漏电极层中的数个源电极连接。

从上述技术方案可以看出，本发明TFT-LCD像素结构制造方法仍采用目前主流的5次掩模(5mask)或4次掩模(4mask)工艺，可以在现有工艺条件下实现。在上述技术方案中，所形成的薄膜晶体管优选为四个，薄膜晶体管的设置位置相对于栅线对称或反对称，具体结构已经在前述方案中详细介绍，不再赘述。

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理解，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 (9)

1.一种TFT-LCD像素结构，包括形成在像素区域内的像素电极，其特征在于，还包括：

栅线，水平设置在像素区域的中部；

数据线，相对于所述栅线垂直设置，并位于所述像素区域的外侧；

数个薄膜晶体管，分别设置在所述像素区域的外侧，且均与所述像素电极连接。

2.根据权利要求1所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述薄膜晶体管为四个。

3.根据权利要求1所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述薄膜晶体管相对于所述栅线对称或反对称设置。

4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，每个薄膜晶体管包括：

栅电极线，形成在基板上，相对于所述栅线垂直设置；

栅绝缘层，形成在所述栅电极线上，并覆盖整个基板；

非晶硅层，形成在所述栅绝缘层上，并位于所述栅电极线之上；

n⁺非晶硅层，形成在所述非晶硅层上；

源漏电极层，形成在所述n⁺非晶硅层上，包括漏电极和源电极，所述漏电极与所述数据线连接，所述源电极与所述像素电极连接，所述漏电极和源电极之间形成沟道区域；

钝化层，形成在所述源漏电极层上，并覆盖整个基板，其上形成有使所述源电极与像素电极连接的钝化层过孔。

5.根据权利要求4所述的TFT-LCD像素结构，其特征在于，所述栅电极线的宽度小于所述栅线的宽度。

6.一种TFT-LCD像素结构制造方法，其特征在于，包括：

步骤1、在基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺形成栅线和栅电极线，所述栅线以水平状形成在像素区域的中间，所述栅电极线以垂直状形成在像素区域的一侧；

步骤2、在完成步骤1的基板上连续沉积栅绝缘层、非晶硅薄膜和n⁺非晶硅薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺，在所述栅电极线的设定区域分别形成数个非晶硅层和n⁺非晶硅层；

步骤3、在完成步骤2的基板上沉积金属薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺以垂直状在像素区域的外侧形成数据线、在所述数个非晶硅层位置形成相同数量的源漏电极层，同时刻蚀掉暴露的n⁺非晶硅层，每个源漏电极层中的漏电极与数据线连接，每个源漏电极层中的源电极与漏电极相对设置；

步骤4、在完成步骤3的基板上沉积钝化层，通过光刻工艺和蚀刻工艺在每个源漏电极层中的源电极位置形成钝化层过孔；

步骤5、在完成步骤4的基板上沉积像素电极薄膜，通过光刻工艺和蚀刻工艺在像素区域内形成像素电极，使像素电极通过每个钝化层过孔与每个源漏电极层中的漏电极连接。

7.根据权利要求6所述的TFT-LCD像素结构制造方法，其特征在于，所述栅电极线的宽度小于所述栅线的宽度。

8.根据权利要求6所述的TFT-LCD像素结构制造方法，其特征在于，所述源漏电极层为四个。

9.根据权利要求6所述的TFT-LCD像素结构制造方法，其特征在于，所述源漏电极层相对于所述栅线对称或反对称设置。

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