CN102646713B - 一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法，用以减少掩膜次数，简化工艺流程，节约成本。该方法为：在基板上依次溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔，然后依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层，再依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。本发明同时公开了一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构。

Description

一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及液晶显示器技术领域，尤其涉及薄膜晶体管液晶显示器(ThinFilm Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)中一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法。

背景技术

近年来，TFT-LCD以体积小、重量轻、功耗低且无辐射等优点，在平板显示器市场中占据主导地位。TFT-LCD显示屏形成几十万到上百万的像素阵列，其中，每个像素通过薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)的控制显示图像。

现阶段常用的TFT为采用5次掩膜(5Mask)工艺的底栅型结构，其结构如附图1所示，具体处理过程为：首先，采用磁控溅射方法在阵列玻璃基板上制备栅金属薄膜，用栅极掩膜板进行曝光工艺和化学腐蚀工艺，在阵列玻璃基板上刻蚀形成栅极101(Gate)图案，该栅极图案包括栅极扫描线和栅极；其次，利用化学气相沉积的方法在形成栅极图案的阵列玻璃基板上沉积栅极绝缘层薄膜，采用的材料一般为氮化硅，形成栅极绝缘层102(G-SiNx)，再利用化学气相沉积的方法连续沉积有源层薄膜103(a-Si)和欧姆接触层104(N⁺a-Si)，采用有源层掩膜板通过曝光技术和干法刻蚀技术对欧姆接触层和有源层薄膜进行刻蚀形成硅岛，栅极和有源层薄膜之间的栅极绝缘层起到了阻挡刻蚀的作用，硅岛位于栅极上；然后，采用磁控溅射方法沉积一层源/漏金属薄膜105(S/D)，通过源、漏极掩膜板并采用曝光技术和化学腐蚀技术刻蚀形成源极、漏极和信号线；随后，采用化学气相沉积的方法沉积一层钝化绝缘层106(PVX层)，材料一般为氮化硅，采用钝化层掩膜板通过曝光技术刻蚀形成过孔107，过孔在漏极上；最后，采用磁控溅射方法沉积形成像素电极层，使用像素电极掩膜板，通过曝光刻蚀工艺，形成像素电极108，常用的透明像素电极为ITO。

现有对5Mask工艺进行改进的4Mask工艺，将有源层掩膜和源、漏掩膜工艺合并为一次掩膜过程，这需要将导电沟道(channel)区的薄膜(光刻胶)进行部分曝光，再针对有源层和源、漏层进行第一次湿法刻蚀和第一次干法刻蚀，然后进行光刻胶灰化，在露出channel区后针对该区的源、漏层和欧姆接触层进行第二次湿法刻蚀和第二次干法刻蚀。

无论是5Mask工艺还是4Mask工艺，对channel区的欧姆接触层刻蚀要求较高，刻蚀不够无法切断欧姆接触层，导致接触不良，刻蚀过量会导致a-Si断层，工艺控制比较困难。其次，a-Si是一种光敏感材料，在底栅型结构中导电沟道位于TFT的最上层，因此在TFT-LCD的使用过程中，外界光线容易照到导电沟道位置的a-Si材料上，影响TFT-LCD的保持特性，严重会发生图像闪烁或灰度级的变化。另外，为了防止漏光，彩膜玻璃基板上的黑矩阵需要与阵列玻璃基板上的TFT的像素电极区有一定的重叠，然而这种重叠减小了TFT-LCD的开口率，影响显示效果。

发明内容

本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法，用以减少掩膜曝光的次数，简化生产工艺流程，节约成本，有效减少外界光线对有源层(a-Si)的照射，提高产品良品率，能够对导电沟道形成保护，增加TFT-LCD的开口率，提高显示效果。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构，包括：

一像素电极和钝化绝缘层，像素电极形成在基板上，其上覆盖钝化绝缘层，该钝化绝缘层包含一漏极过孔，该漏极过孔连接漏极和所述像素电极；

一源极、漏极，形成在基板上，其中，覆盖在钝化绝缘层的漏极部分，通过所述漏极过孔与像素电极相连，所述源极和漏极之间通过源漏沟槽隔开；

一欧姆接触层和有源层，在源极和漏极覆盖的区域上形成欧姆接触层，并在基板、欧姆接触层、像素电极上覆盖有源层，所述有源层覆盖所述源漏沟槽，连接所述源极和漏极；

一绝缘层和栅极，在有源层之上依次覆盖绝缘层和栅极；

一源极驱动过孔，截断覆盖在源极之上的欧姆接触层、有源层、绝缘层和栅极，该源极驱动过孔连接所述源极和源极驱动。

一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构的制作方法，包括：

在基板上依次溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔；

在形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔的基板上依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层；

在形成源极、漏极、源漏沟槽以及欧姆接触层的基板上依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。

基于上述技术方案，本发明实施例中，在基板上溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜后，进行第一次掩膜曝光刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔，在依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜后，进行第二次掩膜曝光刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层，并在依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜后，进行第三次掩膜曝光刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。从而能够通过三次掩膜(3Mask)过程形成TFT-LCD的像素结构，从而减少了掩膜曝光的次数，简化了生产工艺流程，节约了成本。并且，该工艺生产流程制造出的TFT-LCD像素结构采用顶栅型结构，即将像素电极、源极和漏极设置在基板的底部，漏极通过位于钝化绝缘层的漏极通孔与像素电极相连，且通过设置源极驱动过孔使得源极能够与源极驱动相连，从而避免了对channel区的欧姆接触层进行切割，降低了工艺控制的难度，提高了TFT-LCD的良品率，同时，在顶栅型结构中也避免了外界光线照到有源层(即a-Si材料)上，提高了TFT-LCD的显示效果。另外，采用顶栅型结构也可以有效减少彩膜玻璃基板的黑矩阵和TFT像素电极的交叠宽度，且将连接漏极和像素电极的漏极过孔置于漏极之下，从而增加了TFT-LCD的开口率，采用顶栅型结构能够对导电沟道进行保护，避免了背射光对导电沟道造成影响。

附图说明

图1为现有技术中TFT-LCD的像素结构示意图；

图2为本实施例中TFT-LCD的像素结构示意图；

图3为本实施例中TFT-LCD的像素结构的制造方法流程图；

图4为本实施例中采用第一掩膜板进行掩膜曝光刻蚀的过程示意图；

图5为本实施例中采用第二掩膜板进行掩膜曝光刻蚀的过程示意图；

图6为本实施例中采用第三掩膜板进行掩膜曝光刻蚀的过程示意图。

具体实施方式

为了减少掩膜曝光的次数，简化生产工艺流程，节约成本，有效减少外界光线对有源层(a-Si)的照射，提高产品良品率，能够对导电沟道形成保护，增加TFT-LCD的开口率，提高显示效果，本发明实施例提供了一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构及其制造方法。该方法为：在基板上依次溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔；在形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔的基板上依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层；在形成源极、漏极、源漏沟槽以及欧姆接触层的基板上依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

本发明实施例中，薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)的像素结构如附图2所示，主要包括像素电极201、钝化绝缘层202、源极203-1、漏极203-2、欧姆接触层204、有源层205、绝缘层206、栅极207以及源极驱动过孔208，其中，

像素电极201形成在基板200上，其上覆盖钝化绝缘层202，该钝化绝缘层202包含一漏极过孔209，该漏极过孔209连接漏极203-2和像素电极201；

源极203-1和漏极203-2形成在基板200上，其中，覆盖在钝化绝缘层202之上的漏极203-1部分，通过漏极过孔209与像素电极201相连，且源极203-1和漏极203-2之间通过源漏沟槽2010隔开；

在源极203-1和漏极203-2覆盖的区域上形成欧姆接触层204，并在基板200、欧姆接触层204、像素电极201上覆盖有源层205，该有源层205覆盖源漏沟槽2010，连接源极203-1和漏极203-2；

在有源层205之上依次覆盖绝缘层206和栅极207；

源极驱动过孔208截断覆盖在源极203-1之上的欧姆接触层204、有源层205、绝缘层206和栅极207，该源极驱动过孔208连接源极203-1和源极驱动。

如附图3所示，本发明实施例中，针对上述TFT-LCD的像素结构的详细制造方法流程如下：

步骤301：在基板上依次溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔。

其中，在形成薄膜层时可以采用磁控溅射方法，也可以采用化学气相沉积的方法形成薄膜层，可以根据实际需要选择形成薄膜层的方式。

实际应用中，参见附图4所示，在基板200上依次溅镀像素电极薄膜403和钝化绝缘层薄膜402后，溅镀光刻胶薄膜405，在采用构图法形成第一掩膜板后，对掩膜板掩膜区域以外的光刻胶进行曝光，去除光刻胶后进行刻蚀。

本实施例中，采用第一掩膜板进行掩膜曝光并进行刻蚀的过程如附图4所示，采用第一掩膜板401进行掩膜曝光后，刻蚀去除第一掩膜板401掩膜区域之外的钝化绝缘层薄膜402，形成钝化绝缘层202，并刻蚀去除第一掩膜板401掩膜区域之外的像素电极薄膜403，形成像素电极201。较佳的，采用干法刻蚀去除第一掩膜板401掩膜区域之外的钝化绝缘层薄膜402，采用湿法刻蚀去除第一掩膜板401掩膜区域之外的像素电极薄膜403。

其中，第一掩膜板401带有半孔404，在刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的钝化绝缘层薄膜402，形成钝化绝缘层202，并刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的像素电极薄膜403，形成像素电极201后，再次进行刻蚀去除第一掩膜板401半孔404所在位置的钝化绝缘层薄膜402，形成漏极过孔209。

步骤302：在形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔的基板上依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层。

实际应用中，参见附图5所示，在形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔的基板上依次溅镀源、漏极薄膜504和欧姆接触层薄膜503后，溅镀光刻胶薄膜502，在采用构图法形成第二掩膜板501后，对掩膜板501掩膜区域以外的光刻胶进行曝光，去除光刻胶后进行刻蚀。

本实施例中，采用第二掩膜板501进行掩膜曝光并进行刻蚀的过程如附图5所示，其中，第二掩膜板501包括相互分离的左右两部分掩膜区域，左右两部分掩膜区域之间存在一间隙505，间隙505所覆盖的区域为像素电极所在区域以外的部分区域。

采用第二掩膜板501进行掩膜曝光后再进行刻蚀的具体过程为：刻蚀去除第二掩膜板501掩膜区域之外的欧姆接触层薄膜503，形成覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层204，并刻蚀去除第二掩膜板501掩膜区域之外的源、漏极薄膜504，形成源极203-1、漏极203-2以及位于源极203-1与漏极203-2之间的源漏沟槽2010。

步骤303：在形成源极、漏极、源漏沟槽以及欧姆接触层的基板上依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。

实际应用中，参见附图6所示，在形成源极、漏极、源漏沟槽以及欧姆接触层的基板上依次溅镀有源层薄膜605、绝缘层薄膜604和栅极薄膜603后，溅镀光刻胶薄膜602，在采用构图法形成第三掩膜板后，对掩膜板以外的光刻胶进行曝光，去除光刻胶后进行刻蚀。

本实施例中，采用第三掩膜板601进行掩膜曝光并进行刻蚀的过程如附图6所示，其中，第三掩膜板包括相互分离的左右两部分掩膜区域，左右两部分掩膜区域之间存在一间隙606，间隙606所覆盖的区域为源极所在区域的一部分。

采用第三掩膜板601进行掩膜曝光后再进行刻蚀的具体过程为：刻蚀去除第三掩膜板601掩膜区域之外的栅极薄膜603，形成栅极207，刻蚀去除第三掩膜板601掩膜区域之外的绝缘层薄膜604，形成绝缘层206，并刻蚀去除第三掩膜板掩膜区域之外的有源层薄膜605，形成有源层205。其中，刻蚀去除第三掩膜板601掩膜区域之外的有源层薄膜605，形成有源层205后，进一步刻蚀去除第三掩膜板601间隙606所覆盖区域的欧姆接触层204，形成源极驱动过孔208。

基于上述技术方案，本发明实施例中，在基板上溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜后，进行第一次掩膜曝光刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔，在依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜后，进行第二次掩膜曝光刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层，并在依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜后，进行第三次掩膜曝光刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。从而能够通过三次掩膜(3Mask)过程形成TFT-LCD的像素结构，从而减少了掩膜曝光的次数，简化了生产工艺流程，节约了成本。并且，该工艺生产流程制造出的TFT-LCD像素结构采用顶栅型结构，即将像素电极、源极和漏极设置在基板的底部，漏极通过位于钝化绝缘层的漏极通孔与像素电极相连，且通过设置源极驱动过孔使得源极能够与源极驱动相连，从而避免了对channel区的欧姆接触层进行切割，降低了工艺控制的难度，提高了TFT-LCD的良品率，同时，在顶栅型结构中也避免了外界光线照到有源层(即a-Si材料)上，提高了TFT-LCD的显示效果。另外，采用顶栅型结构也可以有效减少彩膜玻璃基板的黑矩阵和TFT像素电极的交叠宽度，且将连接漏极和像素电极的漏极过孔置于漏极之下，从而增加了TFT-LCD的开口率，采用顶栅型结构能够对导电沟道进行保护，避免了背射光对导电沟道造成影响。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种薄膜晶体管液晶显示器的像素结构的制造方法，其特征在于，包括：

在基板上依次溅镀像素电极薄膜和钝化绝缘层薄膜，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔；

在形成像素电极、钝化绝缘层和漏极过孔的基板上依次溅镀源、漏极薄膜和欧姆接触层薄膜，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成源极、漏极、源漏沟槽以及覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层；

在形成源极、漏极、源漏沟槽以及欧姆接触层的基板上依次溅镀有源层薄膜、绝缘层薄膜和栅极薄膜，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，形成有源层、绝缘层、栅极以及源极驱动过孔。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用第一掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，包括：

采用第一掩膜板进行掩膜曝光后，刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的钝化绝缘层薄膜，形成钝化绝缘层，并刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的像素电极薄膜，形成像素电极。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一掩膜板带有半孔，在刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的钝化绝缘层薄膜，形成钝化绝缘层，并刻蚀去除第一掩膜板掩膜区域之外的像素电极薄膜，形成像素电极后，包括：

再次进行刻蚀去除第一掩膜板半孔所在位置的钝化绝缘层薄膜，形成漏极过孔。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二掩膜板包括相互分离的左右两部分掩膜区域，左右两部分掩膜区域之间存在一间隙，间隙所覆盖的区域为像素电极所在区域以外的部分区域。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用第二掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，包括：

刻蚀去除第二掩膜板掩膜区域之外的欧姆接触层薄膜，形成覆盖在源极和漏极之上的欧姆接触层，并刻蚀去除第二掩膜板掩膜区域之外的源、漏极薄膜，形成源极、漏极以及位于源极与漏极之间的源漏沟槽。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三掩膜板包括相互分离的左右两部分掩膜区域，左右两部分之间存在一间隙，间隙所覆盖的区域为源极所在区域的一部分。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，采用第三掩膜板进行掩膜曝光后再进行刻蚀，包括：

刻蚀去除第三掩膜板掩膜区域之外的栅极薄膜，形成栅极，刻蚀去除第三掩膜板掩膜区域之外的绝缘层薄膜，形成绝缘层，并刻蚀去除第三掩膜板掩膜区域之外的有源层薄膜，形成有源层。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，刻蚀去除第三掩膜板掩膜区域之外的有源层薄膜，形成有源层后，包括：

进一步刻蚀去除第三掩膜板间隙所覆盖区域的欧姆接触层，形成源极驱动过孔。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的方法制造的薄膜晶体管液晶显示器的像素结构，其特征在于，包括：

一像素电极和钝化绝缘层，像素电极形成在基板上，其上覆盖钝化绝缘层，该钝化绝缘层包含一漏极过孔，该漏极过孔连接漏极和所述像素电极；

一源极、漏极，形成在基板上，其中，覆盖在钝化绝缘层的漏极部分，通过所述漏极过孔与像素电极相连，所述源极和漏极之间通过源漏沟槽隔开；

一欧姆接触层和有源层，在源极和漏极覆盖的区域上形成欧姆接触层，并在基板、欧姆接触层、像素电极上覆盖有源层，所述有源层覆盖所述源漏沟槽，连接所述源极和漏极；

一绝缘层和栅极，在有源层之上依次覆盖绝缘层和栅极；

一源极驱动过孔，截断覆盖在源极之上的欧姆接触层、有源层、绝缘层和栅极，该源极驱动过孔连接所述源极和源极驱动。