CN101894807B - Tft-lcd阵列基板及其制造方法 - Google Patents

Tft-lcd阵列基板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种TFT-LCD阵列基板及其制造方法。该制造方法包括：在透明基板上依次沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜，通过第一构图工艺形成包括掺杂半导体层、源电极、漏电极、数据线和像素电极的图形；沉积半导体薄膜，通过第二构图工艺形成包括TFT沟道和半导体层的图形；沉积绝缘薄膜和栅金属薄膜，通过第三构图工艺形成包括栅线和栅电极的图形。本发明通过三次构图工艺制造了顶栅极结构的TFT-LCD阵列基板，相比现有的三次构图工艺制造阵列基板的方法，本发明无需进行离地剥离工艺，极大的简化了工艺难度，提高了产品的良品率。

Description

TFT-LCD阵列基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种液晶显示器及其制造方法，尤其是一种TFT-LCD阵列基板及其制造方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)是一种主要的平板显示装置(Flat Panel Display，简称为FPD)。
图1为现有的TFT-LCD阵列基板的平面示意图。如图1所示，现有的阵列基板(Array Substrate)包括：栅线1、数据线2、薄膜晶体管(Thin FirmTransistor，简称为TFT)3以及像素电极4。栅线1横向设置在透明基板11上，数据线2纵向设置在透明基板11之上，栅线1与数据线2的交叉处设置有TFT3。TFT3为有源开关元件。
图2为图1的A-A向剖面图。如图2所示，现有的阵列基板包括：栅电极12、栅绝缘层13、半导体层14、掺杂半导体层15、源电极16、漏电极17、钝化层18。上述结构皆设置于透明基板11上。栅电极12与栅线1一体成型，源电极16与数据线2一体成型，漏电极17与像素电极4一般通过钝化层过孔(via hole)连接。当栅线1中输入导通信号时，有源层(半导体层14和掺杂半导体层15)导电，数据线2的数据信号可从源电极16经TFT沟道(channel)19到达漏电极17，最终输入至像素电极4。像素电极4得到信号后与公共电极(根据TFT-LCD类型不同，可设置于阵列基板上或彩膜基板上，未图示)形成用于驱动液晶转动的电场。
目前，TFT-LCD阵列基板是通过多次构图工艺形成结构图形来完成，每一次构图工艺中又分别包括掩膜曝光、显影、刻蚀和剥离等工艺，其中刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法刻蚀，所以构图工艺的次数可以衡量制造TFT-LCD阵列基板的繁简程度，减少构图工艺的次数就意味着制造成本的降低。现有技术的五次构图工艺包括：栅线和栅电极构图、有源层构图、源电极/漏电极构图、过孔构图和像素电极构图。
现有技术中公开有大量的，通过减少构图工艺次数来降低制造成本，并通过工艺的简化来提高生产效率的技术文献。其中，较为领先的技术为：通过三次构图工艺制造TFT-LCD阵列基板的方法。该方法包括：
步骤1：沉积第一金属薄膜，用普通掩模板(mask)形成栅线、栅电极的图形；
步骤2：依次沉积第一绝缘薄膜、半导体薄膜、掺杂半导体薄膜和第二金属薄膜，用第一双调掩模板(dual tone mask)形成TFT沟道、源电极、漏电极和数据线的图形；
步骤3：沉积第二绝缘薄膜，用第二双调掩模板形成过孔，对残留的光刻胶进行灰化，并沉积透明导电层，通过离地剥离(lift off)工艺，同光刻胶一通剥离掉残留的光刻胶上的透明导电层之后形成像素电极图形。
在步骤1中还可以依次沉积透明导电层及第一金属层，并采用第三双调掩膜板，形成栅线、栅电极以及公共电极图形，得以在阵列基板上形成公共电极的图形。
上述的步骤3的关键在于，沉积透明导电层时，在形成像素电极的图形的边缘部分形成断层，使得后续的离地剥离工艺能够实施，且实施简便。通常是在刻蚀(etch)钝化层时，将光刻胶(Photo resist，简称为PR)形成咬边(under cut)，所谓咬边就是向内倾斜的斜边。形成咬边后，沉积在咬边上的透明导电层会在咬边处形成断层，露出光刻胶的咬边，这时就可以从咬边将光刻胶剥离，并一通剥离掉光刻胶上面的透明导电层，而得到像素电极图形，这种方法称之为离地剥离工艺。
但是，由于刻蚀第二绝缘层形成光刻胶的咬边后，还需要进行光刻胶的灰化(ashing)工艺，因此实际生产中，很难维持光刻胶形成咬边。并且还会发生咬边形成的程度不同的问题，即咬边向内倾斜的程度不同，而导致进行离地剥离工艺时发生不良的几率高，导致良品率降低的问题。另外，光刻胶灰化时会污染透明导电层，带来极高的不良率，也带来了对此相应的繁琐的处理程序。
发明内容
本发明的目的是提供一种TFT-LCD阵列基板及其制造方法，能够在不采用离地剥离工艺的前提下，仅通过3次构图工艺制造阵列基板。
本发明的另一目的是提供一种TFT-LCD阵列基板及其制造方法，能够避免光刻胶的灰化工艺污染透明导电层，减少去污的繁琐处理程序，继而提高产品的良品率。
为实现上述目的，本发明提供了一种TFT-LCD阵列基板的制造方法，所述阵列基板包括栅电极区域、数据线区域、半导体层区域，源电极区域、漏电极区域、栅线区域及像素电极区域，制造方法包括：
步骤1：在透明基板上依次沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜，通过第一构图工艺形成包括掺杂半导体层、源电极、漏电极、数据线和像素电极的图形；具体包括：提供透明基板；在所述透明基板上依次沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜；在掺杂半导体薄膜上涂敷光刻胶；通过双调掩模板对所述光刻胶进行曝光及显影处理，使得所述数据线区域、源电极区域及漏电极区域的光刻胶具有第一厚度，所述像素电极区域的光刻胶具有第二厚度，所述第一厚度大于第二厚度，其余区域不存在光刻胶；通过第一刻蚀工艺完全刻蚀掉所述其余区域的掺杂半导体薄膜、源漏金属薄膜和透明导电薄膜；通过灰化工艺去除第二厚度的光刻胶，暴露出所述像素电极区域的掺杂半导体薄膜；通过第二刻蚀工艺完全刻蚀掉所述像素电极区域的掺杂半导体薄膜、源漏金属薄膜；剥离剩余光刻胶；
步骤2：沉积半导体薄膜，通过第二构图工艺形成包括TFT沟道和半导体层的图形；具体包括：沉积半导体薄膜；在所述半导体薄膜上涂覆光刻胶；通过掩膜板对光刻胶进行曝光和显影处理，仅在所述半导体层区域保留光刻胶；通过第三刻蚀工艺刻蚀掉暴露出的半导体薄膜；剥离剩余光刻胶；
步骤3：沉积绝缘薄膜和栅金属薄膜，通过第三构图工艺形成包括栅线和栅电极的图形。
由上述技术方案可知，本发明的TFT-LCD阵列基板及其制造方法具有如下优点：
1、本发明的TFT-LCD阵列基板及其制造方法，通过三次构图工艺制造了顶栅极结构的TFT-LCD阵列基板，相比现有的三次构图工艺制造阵列基板的方法，本发明无需进行剥离(lift off)工艺，极大的简化了工艺难度，提高了产品的良品率。
2、本发明的TFT-LCD阵列基板及其制造方法，由于先沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜后，进行光刻胶的灰化工艺，相比现有技术中进行光刻胶灰化工艺后沉积透明导电层相比，避免了灰化工艺对透明导电层的污染，提高了产品的良品率。
附图说明
图1为现有的TFT-LCD阵列基板的平面示意图；
图2为图1的A-A向剖面图；
图3为本发明TFT-LCD阵列基板的平面图；
图4为图3中A1-A1向的剖面图；
图5为在透明基板上沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜后的剖面图；
图6为图5的结构上涂覆了光刻胶后，对光刻胶进行了曝光及显影处理后的剖面图；
图7为对图6的结构进行了第一刻蚀工艺后的剖面图；
图8为对图7中的光刻胶进行了灰化工艺之后的剖面图；
图9为对图8的结构进行了第二刻蚀工艺后的剖面图；
图10为图9的结构上剥离掉了剩余光刻胶后的剖面图；
图11为在图10的结构上沉积了半导体薄膜后的剖面图；
图12为在图11的结构上涂覆光刻胶后的剖面图；
图13为对图12的结构进行刻蚀工艺后的剖面图；
图14为在图13的结构上沉积绝缘薄膜后的剖面图；
图15为在图14的结构上沉积栅金属薄膜后的剖面图；
图16为图15的结构上涂覆光刻胶后的剖面图；
图17为对图16的结构进行刻蚀工艺后的剖面图；
图18为剥离掉图17中的光刻胶后的剖面图。
具体实施方式
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。
需要说明的是：
1、本发明中所述的例如“X设置于Y上”中的“上”包含了X与Y接触，并且X位于Y的上方的意思，本发明中如附图所示，将透明基板定义为设置于最下方；
2、本发明所称的构图工艺包括光刻胶涂覆、掩模、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工艺，光刻胶以正性光刻胶为例；
3、本发明中所述的“某某区域”是某某图形在透明基板上映射的区域，即该区域与某某图形具有相同的形状，例如栅线区域，即为栅线的图形在透明基板上的映射的区域，也可以理解为透明基板上将要设置栅线图形的区域。
图3为本发明TFT-LCD阵列基板的平面图，所反映的是一个像素单元的结构。如图3所示，本实施例TFT-LCD阵列基板主要包括栅线1’、数据线2’、TFT3’和像素电极4’，相互垂直的栅线1’和数据线2’定义了像素单元，TFT3’和像素电极4’形成在像素单元内，栅线1’用于向TFT3’提供开启信号，数据线2’用于向像素电极4’提供数据信号。TFT3’为有源开关元件。
图4为图3中A1-A1向的剖面图，所反映的是TFT的结构。如图4所示，本发明的TFT包括：透明基板21、第一透明导电部41、第二透明导电部42、源电极26、漏电极27、掺杂半导体层25、半导体层24、栅绝缘层23以及栅电极22。其中，第一透明导电部41设置于源电极区域260上，且第一透明导电部41不与像素电极4’连接；第一透明导电部41上设置有源电极26；第二透明导电部42设置于漏电极区域270，且第二透明导电部42与像素电极4’一体而成；第二透明导电部42上设置有漏电极27；源电极26和漏电极27上分别设置有掺杂半导体层25，在源电极26与漏电极27之间具有TFT沟道区域；掺杂半导体层25上设置有半导体层24，半导体层24还设置在TFT沟道区域290上，形成TFT沟道29；栅绝缘层23设置在上述结构图形上并覆盖整个透明基板21；栅绝缘层23上设置有栅电极22，栅电极22位于TFT沟道区域的上方，并与栅线1’连接。
本发明上述技术方案是一种顶栅电极结构，可以采用三次构图工艺制备完成，具有工艺步骤简化、工艺时间短、生产效率高和生产成本低等优点。另外，相比现有的三次构图工艺制造阵列基板的方法，本发明无需进行剥离(lift off)工艺，极大的简化了工艺难度，提高了产品的良品率。
图5-图18依次说明了本发明TFT-LCD阵列基板的制造流程。
图5为在透明基板上沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜后的剖面图。如图5所示，首先采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)、磁控溅射、热蒸发或其它成膜方法，在透明基板21(如玻璃基板或石英基板)上依次沉积透明导电薄膜100、源漏金属薄膜200及掺杂半导体薄膜300。源漏金属薄膜200可以是钼、铝、铝钕合金、钨、铬、铜等金属形成的单层薄膜，也可以是以上金属多层沉积形成的多层薄膜。透明导电薄膜100可以为ITO、IZO等。
图6为图5的结构上涂覆了光刻胶后，对光刻胶进行了曝光及显影处理后的剖面图。如图6所示，在掺杂半导体薄膜300上涂敷一层光刻胶1000，通过双调(dual tone)掩模板(半调掩膜板或灰调掩膜板)对光刻胶1000进行曝光及显影处理，使得数据线区域(未图示)、源电极区域260及漏电极区域270的光刻胶1000具有第一厚度H，像素电极区域40的光刻胶1000具有第二厚度h，所述第一厚度H大于第二厚度h，其余区域不存在光刻胶。
图7为对图6的结构进行了第一刻蚀工艺后的剖面图。如图7所示，通过第一刻蚀工艺完全刻蚀掉像素电极区域40、数据线区域、源电极区域260及漏电极区域270之外的其余区域的掺杂半导体薄膜300、源漏金属薄膜200和透明导电薄膜100，即刻蚀掉没有覆盖光刻胶1000的其余区域的掺杂半导体薄膜300、源漏金属薄膜200和透明导电薄膜100。具体为，通过SF6、HCl、Cl2、He等气体对掺杂半导体薄膜300(n+ a-Si:H)进行刻蚀；通过磷酸和硝酸的混合物制得的刻蚀剂对源漏金属薄膜200进行刻蚀；通过硫酸或过氧化物等刻蚀剂对透明导电薄膜100(ITO或IZO)进行刻蚀。
其中，若采用可进行干法刻蚀的Mo或Mo/Al/Mo作为源漏金属薄膜200时，掺杂半导体薄膜300和源漏金属薄膜200可以进行连续的干法刻蚀，也可以进行干法刻蚀接湿法刻蚀的方案。这种刻蚀方法可根据源漏金属薄膜的种类进行改变。
图8为对图7中的光刻胶进行了灰化工艺之后的剖面图。如图8所示，通过光刻胶的灰化工艺去除了第二厚度h程度的光刻胶1000，暴露出像素电极区域40的掺杂半导体薄膜300，其余的光刻胶1000也相应地变薄了第二厚度h程度。
图9为对图8的结构进行了第二刻蚀工艺后的剖面图。如图9所示，通过第二刻蚀工艺完全刻蚀掉像素电极区域40的掺杂半导体薄膜300、源漏金属薄膜200，形成了第一透明导电部41、第二透明导电部42，像素电极4’、源电极26、漏电极27以及掺杂半导体层25。
图10为图9的结构上剥离掉了剩余光刻胶后的剖面图。
至此，通过图5至图10完成了第一构图工艺。
图11为在图10的结构上沉积了半导体薄膜后的剖面图。通常可以采用PECVD或其它成膜方法，沉积一层半导体薄膜400。本次沉积后，在数据线区域、源电极区域260和漏电极区域270半导体薄膜400沉积在掺杂半导体层25上，在像素电极区域40半导体薄膜400沉积在像素电极40上，在其它区域(包括TFT沟道区域290)，半导体薄膜400沉积在透明基板21上。
图12为在图11的结构上涂覆光刻胶后的剖面图。先在半导体薄膜400上涂覆光刻胶2000，然后通过普通掩膜板，对光刻胶2000进行曝光及显影处理，使得光刻胶2000覆盖在半导体区域240上，其它区域无剩余光刻胶。如图12所示，半导体区域240包括TFT沟道区域290及全部或部分的源电极区域260和漏电极区域270。
图13为对图12的结构进行刻蚀工艺后的剖面图。如图13所示，通过刻蚀剂刻蚀掉没有光刻胶覆盖的半导体薄膜400，形成了半导体层24的图形。图11中，半导体层24形成在TFT沟道区域290及部分的源电极区域260和漏电极区域270上。位于TFT沟道区域290上的半导体层24形成了TFT沟道29。然后，剥离掉了图12中所示的剩余的光刻胶。
至此，通过图11至图13完成了第二构图工艺。
图14为在图13的结构上沉积绝缘薄膜后的剖面图。如图14所示，在整个透明基板21采用PECVD或其它成膜方法沉积一层绝缘薄膜，形成栅绝缘层23。绝缘薄膜可以采用SiNx、SiOx或SiOxNy的单层薄膜，或上述材料多层沉积形成的多层薄膜。
图15为在图14的结构上沉积栅金属薄膜后的剖面图。如图15所示，可以采用磁控溅射、热蒸发或其它成膜方法，沉积一层栅金属薄膜500，栅金属薄膜500可以是钼、铝、铝钕合金、钨、铬、铜等金属形成的单层薄膜，也可以是以上金属多层沉积形成的多层薄膜。
图16为图15的结构上涂覆光刻胶后的剖面图。如图16所示，先在栅金属薄膜500上涂覆光刻胶3000，然后通过普通掩膜板，对光刻胶3000进行曝光及显影处理，使得光刻胶3000覆盖在栅线区域(未图示)以及栅电极区域220，其它区域无剩余光刻胶。栅电极区域220包括全部TFT沟道区域290以及全部或部分的源电极区域260和漏电极区域270。
图17为对图16的结构进行刻蚀工艺后的剖面图。如图17所示，通过刻蚀剂刻蚀掉没有光刻胶3000覆盖的栅金属薄膜500，形成了栅电极22及栅[线的图形。
图18为剥离掉图17中的光刻胶后的剖面图。
至此，通过图14至图18完成了第三构图工艺，得到了本发明的TFT-LCD阵列基板。
本发明由于先沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜后，进行光刻胶的灰化工艺，相比现有技术中进行光刻胶灰化工艺后沉积透明导电层相比，避免了灰化工艺对透明导电层的污染，提高了产品的良品率。
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对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种TFT-LCD阵列基板的制造方法，所述阵列基板包括栅电极区域、数据线区域、半导体层区域，源电极区域、漏电极区域、栅线区域及像素电极区域，其特征在于，包括：
步骤1：在透明基板上依次沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜，通过第一构图工艺形成包括掺杂半导体层、源电极、漏电极、数据线和像素电极的图形；具体包括：
提供透明基板；
在所述透明基板上依次沉积透明导电薄膜、源漏金属薄膜及掺杂半导体薄膜；
在掺杂半导体薄膜上涂敷光刻胶；
通过双调掩模板对所述光刻胶进行曝光及显影处理，使得所述数据线区域、源电极区域及漏电极区域的光刻胶具有第一厚度，所述像素电极区域的光刻胶具有第二厚度，所述第一厚度大于第二厚度，其余区域不存在光刻胶；
通过第一刻蚀工艺完全刻蚀掉所述其余区域的掺杂半导体薄膜、源漏金属薄膜和透明导电薄膜；
通过灰化工艺去除第二厚度的光刻胶，暴露出所述像素电极区域的掺杂半导体薄膜；
通过第二刻蚀工艺完全刻蚀掉所述像素电极区域的掺杂半导体薄膜、源漏金属薄膜；
剥离剩余光刻胶；
步骤2：沉积半导体薄膜，通过第二构图工艺形成包括TFT沟道和半导体层的图形；具体包括：
沉积半导体薄膜；
在所述半导体薄膜上涂覆光刻胶；
通过掩膜板对光刻胶进行曝光和显影处理，仅在所述半导体层区域保留光刻胶；
通过第三刻蚀工艺刻蚀掉暴露出的半导体薄膜；
剥离剩余光刻胶；
步骤3：沉积绝缘薄膜和栅金属薄膜，通过第三构图工艺形成包括栅线和栅电极的图形。
2.根据权利要求1的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
沉积绝缘薄膜和栅金属薄膜；
在所述栅金属薄膜上涂覆光刻胶；
通过掩膜板对光刻胶进行曝光和显影处理，仅在所述栅电极区域和栅线区域上保留光刻胶；
通过第四刻蚀工艺刻蚀掉暴露出的栅金属薄膜；
剥离剩余光刻胶。
3.根据权利要求1所述的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，所述绝缘薄膜为SiNx、SiOx或SiOxNy的单层薄膜，或这些材料多层沉积形成的多层薄膜。
4.根据权利要求1所述的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，所述源漏金属薄膜或栅金属薄膜为钼、铝、铝钕合金、钨、铬、铜形成的单层薄膜，或为以上金属多层沉积形成的多层薄膜。
5.根据权利要求1所述的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，通过磷酸和硝酸的混合物制得的刻蚀剂对源漏金属薄膜进行刻蚀；
6.根据权利要求1所述的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，通过硫酸或过氧化物对透明导电薄膜进行刻蚀。
7.根据权利要求4所述的TFT-LCD阵列基板的制造方法，其特征在于，所述源漏金属薄膜为Mo或Mo/Al/Mo，对所述掺杂半导体薄膜和所述源漏金属薄膜连续进行两次干法刻蚀。
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