CN102759832B

CN102759832B - 一种液晶显示基板及其制造方法

Info

Publication number: CN102759832B
Application number: CN201210262726.3A
Authority: CN
Inventors: 马群刚
Original assignee: Nanjing CEC Panda LCD Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing CEC Panda LCD Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN102759832A

Abstract

本发明揭示一种液晶显示基板及其制造方法，包括：扫描线；数据线；以及由所述扫描线和数据线限定的像素单元，所述像素单元内包括薄膜晶体管和像素电极，所述薄膜晶体管包括：有源层、与扫描线连接的栅极、源极、以及与像素电极连接的漏极，其中在数据线上设有第一接触孔，所述有源层的两侧分别开设有第二接触孔和第三接触孔，所述源极为连接第一接触孔和第二接触孔的连接线，所述漏极为像素电极与第三接触孔的连接线。由于不需要单独进行蚀刻阻挡层的光刻处理，本发明通过使用五道光刻工艺制成具有现有六道光刻工艺的性能的液晶显示基板，降低时间，提升产能。

Description

一种液晶显示基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种平板显示领域的驱动技术，尤其涉及一种液晶显示基板及其制造方法。

背景技术

二十年来，非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）由于性能稳定、工艺温度低和生产成本低而获得大规模的应用，曾作为平板显示（FPD）的“标准TFT”席卷了世界市场。然而，以a-Si TFT现有的0.3~1cm²/Vs程度的迁移率水平，很难以120Hz、240Hz甚至480Hz驱动新一代高精细度（4K×2K）的大尺寸面板。若要进一步支持下一代“超高清(Super Hi-Vision)”平板显示，TFT的迁移率需要达到10cm²/Vs左右，如图1所示。因此，平板显示领域，特别是液晶显示领域需要新一代TFT来取代现有的a-Si TFT。

低温多晶硅薄膜晶体管（LTPS TFT）的迁移率虽然可以做到比a-Si TFT的迁移率高出2个数量级，但制作工艺复杂，将来若不能像a-Si TFT一样支持大型基板，就难以确保成本竞争力，大型化程度将是成败关键。

用非晶金属氧化物半导体制成的薄膜晶体管（简称氧化物TFT），迁移率可以做到比a-Si TFT的迁移率高出1个数量级，基本满足高精细度大尺寸面板的高频驱动要求。此外，氧化物TFT的导入无需大幅改变现有的面板生产线。鉴于上述优点，世界主要平板显示厂商纷纷加大氧化物TFT的开发力度。

a-IGZO（InGaZnO₄）作为非晶金属氧化物半导体的代表，其迁移率高，均一性好，可以更好地满足大尺寸高解析度面板的驱动要求。氧化物TFT，特别是目前的IGZO技术的发展，已不仅仅局限在如高解析度、高刷新率、大尺寸面板上，其已延伸应用到内置扫描电路、触控、柔性显示、蓝相液晶等新型显示。

目前，氧化物TFT的结构主要有背沟道刻蚀型(Back Channel Etch Type，简称BCE，如图2)、刻蚀阻挡型(Etch Stop Type，简称ESL，如图3)、和共面型(Coplanar Type，如图4)三种类型，在图2至图4中，省略了接触孔和接触孔引出用导电层的结构，下表为三种类型氧化物的比较：

氧化物TFT器件面临的问题，如电压应力导致的劣化、可见光及UV(紫外线)导致的劣化，导入基于SiO₂之类的有氧绝缘层的刻蚀阻挡层（ESL）是解决这些课题的最可靠手段。

图5所示为采用氧化物TFT工艺后的器件结构与现有a-Si TFT结构的对比，图5左边是采用a-Si10结构，图5右边是采用IGZO氧化物20，通过ESL20的导入需要增加一道光刻工艺，与目前TFT生产线普遍采用的5次光刻工艺相比，设备投入成本更高，生产周期更长，所以降低生产线投资，缩短生产周期，使氧化物TFT器件工艺与现有的a-Si TFT器件工艺兼容，是氧化物TFT制造技术的一个重要发展方向。在图5中，省略了接触孔和接触孔引出用导电层的结构。

通过以上分析，现有技术的缺陷和不足：

1、BCE结构在TFT沟道刻蚀时，氧化物半导体层的结构受到破坏，影响沟道特性。

2、ESL结构需要6次光刻工艺，设备投资大，生产周期长。

发明内容

本发明揭示一种在现有的五道光刻次工艺步骤的基础上，保证氧化物半导体层不受刻蚀工艺的影响，确保氧化物TFT性能的稳定的液晶显示基板及其制造方法。

本发明提供一种液晶显示基板，包括：扫描线；与扫描线交叉的数据线；以及由所述扫描线和数据线限定的像素单元，所述像素单元内包括薄膜晶体管和像素电极，所述薄膜晶体管包括：有源层、与扫描线连接的栅极、与所述数据线电性连接的源极、以及与像素电极连接的漏极，其中在数据线上设有第一接触孔，所述有源层的两侧分别开设有第二接触孔和第三接触孔，所述源极为连接第一接触孔和第二接触孔的连接线，所述漏极为像素电极与第三接触孔的连接线。

本发明又提供一种液晶显示基板的制造方法，包括如下步骤：

A)在基板上形成第一层金属线，并形成扫描线、与扫描线连接的栅极，接着形成一层第一绝缘层；

B）在第一绝缘层上形成有源层图案，接着形成一层第二绝缘层；

C）在形成上述图案的基础上，形成第二层金属线，并形成数据线，接着形成一层第三绝缘层；

D）在形成上述图案的基础上，在数据线上形成第一接触孔、在有源层的两侧分别形成第二、第三接触孔；

E）在形成上述图案的基础上，进行透明导电层成膜，并在第一接触孔和第二接触孔之间形成连接线、以及与第三接触孔连接的像素电极。

B）在第一绝缘层上形成有源层图案；

C）在第一绝缘层上形成第二层金属线，并形成数据线，接着形成第二绝缘层；

B）在第一绝缘层上第二层金属线，并形成数据线；

C）在第一绝缘层上形成有源层图案，接着形成第二绝缘层；

B）在第一绝缘层上第二层金属线，并形成数据线、以及与数据线连接的源极；

C）在形成上述图案的基础上，形成有源层图案，接着形成一层第二绝缘层；

D）在形成上述图案的基础上，在有源层上形成接触孔；

E）在形成上述图案的基础上，进行透明导电层成膜，并从接触孔中引出的像素电极图案。

由于不需要单独进行蚀刻阻挡层的光刻处理，本发明通过使用五道光刻工艺制成具有现有六道工艺的性能的液晶显示基板，降低时间，提升产能，且减少SiO₂的成膜、刻蚀等处理时间，改善了迁移率持续提升、对光、水以及氧都相当敏感，需要完善、成膜温度控制、提高长时间操作的可靠度与稳定性、光会造成阈值电压随偏压应力（Bias Stress）变化加快。

附图说明

图1所示现有的TFT的迁移率的示意图；

图2所示是背沟道刻蚀型（简称BCE）的氧化物TFT结构示意图；

图3所示是刻蚀阻挡型(简称ESL)的氧化物TFT结构示意图；

图4所示是共面型(Coplanar Type)的氧化物TFT结构示意图；图5所示是采用氧化物TFT工艺后的结构与现有a-Si TFT结构的对比图；

图6所示是现有液晶显示基板的结构示意图；

图7所示是本发明液晶显示基板的结构示意图；

图7A所示是图7在A-A’方向的剖视图；

图8所示是本发明液晶显示基板制造方法的第一步的示意图；

图8A是图8在A-A’方向的剖视图；

图8B是第一绝缘层形成的剖视图；

图9所示是本发明液晶显示基板制造方法的第二步的示意图；

图9A是图9在A-A’方向的剖视图；

图9B是第二绝缘层形成的剖视图；

图10所示是本发明液晶显示基板制造方法的第三步的示意图；

图10A是图10在A-A’方向的剖视图；

图10B是第三绝缘层形成的剖视图；

图11所示是本发明液晶显示基板制造方法的第四步的示意图；

图11A是图11在A-A’方向的剖视图；

图12所示是本发明液晶显示基板制造方法的第五步的示意图；

图12A是图12在A-A’方向的剖视图；

图13是本发明液晶显示基板的第二实施例的结构示意图；

图14是本发明液晶显示基板的第三实施例的结构示意图；

图15是本发明液晶显示基板的第四实施例的结构示意图；

图16是本发明液晶显示基板的第五实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

图6至图12A为本发明第一实施例的结构示意图。

图6所示为现有液晶显示基板的结构示意图，其包括：扫描线10、公共电极线20、遮光线30、有源层40、数据线50、接触孔60、透明像素电极70。有源层40作为晶体管的载流子移动通道，有源层40与数据线50相连的一侧定义为漏极，有源层40与像素电极70连接的一侧定义为源极，有源层40下方的扫描线10定义为栅极，漏极和源极之间对应的有源层定义为沟道。由栅极、有源层、漏极和源极共同构成了现有的TFT半导体装置。这种半导体装置属于BCE结构，在刻蚀漏极和源极的时候，会对漏极和源极之间的沟道有源层进行刻蚀。

对于沟道有源层的刻蚀，如果有源层是a-Si，影响不明显；如果有源层是IGZO之类的金属氧化物半导体，影响很大。为了在与现有工艺兼容的前提下，保证基于金属氧化物半导体的沟道有源层不受刻蚀影响，本发明提出了如图7和图7A所示的基于金属氧化物半导体有源层的半导体装置。

在图7和图7A中，本发明揭示一种液晶显示基板，其包括：纵横交叉的扫描线20和数据线80、存储电容的公共电极线30、位于数据线80下方遮光的遮光线40、若干绝缘层、像素电极120、以及薄膜晶体管，薄膜晶体管包括栅极、有源层60、源极110和漏极130。

扫描线20和数据线80限定的最小单元是像素单元，所述薄膜晶体管和像素电极120位于该像素单元内，薄膜晶体管一侧与数据线80电学连接，另一侧与像素电极80连接。

所述扫描线10与数据线80位于不同的层，所述有源层60位于扫描线10与数据线80之间的层；所述公共电极线30和遮光线40与扫描线20位于同一层；所述像素电极位于最上层。

由于有源层60和数据线80分层并相隔一定的距离，有源层60两侧分别开设有第二接触孔2和第三接触孔3，数据线80上开设有一第一接触孔1，通过第一接触孔1和第二接触孔2之间的连接线110形成源极，数据线80上的信号电压V通过透明导电层的桥接作用，输入到有源层60，经过有源层60右侧所设计的第三接触孔3，送到像素电极120上。第二接触孔2和第三接触孔3之间对应的有源层60就是薄膜晶体管的沟道。

图7和图7A所示的应用本发明液晶显示基板的显示单元的制造方法如下：

第一步：如图8和图8A，使用PVD（物理气相沉积：Physical VaporDeposition）工艺，在玻璃基板10上形成第一金属层，并通过光刻工艺，形成扫描线20、以及与扫描线20连接的栅极（图未示）、公共电极线30、遮光线40等图案。

第一金属层的图案形成后，如图8B,通过CVD工艺形成一层厚度在至厚度第一绝缘层50。该第一绝缘层50为栅极绝缘层，其厚度为的SiNx层，也可以是厚度为的SiNx和的SiO₂的叠层结构。

第二步：如图9和图9A,在第一绝缘层50的基础上，继续使用PVD工艺或CVD工艺形成一层厚度在范围内的有源层60，并通过光刻工艺，形成岛状的有源层60图案，然后使用300℃~450℃左右的温度对有源层60进行退火处理。接着，通过CVD工艺形成一层厚度为范围的第二绝缘层70（如图9B所示），该第二绝缘层70为隔离绝缘层，其最好用SiO₂制成。

第三步：如图10和图10A，使用PVD工艺，在第二绝缘层70上形成第二金属层，并通过光刻工艺，形成数据线80的图案，具体结构如图10所示。第二金属层的图案形成后，如图10B，通过CVD工艺形成一层厚度在范围的第三绝缘层90，该第三绝缘层90为保护绝缘层，且第三绝缘层90最好用SiNx制成。

第四步：使用干刻工艺，如图11和图11A所示，分别在数据线80上方、有源层60的左右两侧同时形成第一接触孔1、第二接触孔2和第三接触孔3，第二接触孔2和第三接触孔3之间的长度定义为有源层60的沟道长度。

第五步：使用PVD工艺，如图12和图12A所示，在最上层形成透明导电层100，并通过光刻工艺，形成第一接触孔1和第二接触孔2之间的连接线110、直接从第三接触孔3中引出的像素电极120图案，该像素电极120覆盖上一像素的扫描线20、相邻两遮光线40、以及公共电极线30。

连接线110一端与数据线80连接，该连接线110实际为TFT的源极110；像素电极120与第三接触孔3连接的部分130实际为TFT的漏极，即形成由栅极、有源层60、漏极130和源极110共同构成了薄膜晶体管。

由于数据线80的优选方案是上下叠层结构：下层为Al、Cu等低电阻率的金属或合金，上层为Ti、Mo等不容易氧化，达到与透明导电层100形成良好接触的金属或合金。

图13是本发明液晶显示基板的第二实施例，与上述实施例不同的是，只有两层绝缘层，故本第二实施例的制造方法步骤如下：

第一步：使用PVD工艺，在玻璃基板10上形成第一金属层，并通过光刻工艺，形成扫描线20、以及与扫描线20连接的栅极（图未示）、公共电极线30、遮光线40等图案。

第一金属层的图案形成后，通过CVD工艺形成一层厚度在至厚度第一绝缘层50。该第一绝缘层50为栅极绝缘层，其厚度为的SiNx层，也可以是厚度为的SiNx和的SiO₂的叠层结构。

第二步：在第一绝缘层50的基础上，继续使用PVD工艺或CVD工艺形成一层厚度在范围内的有源层60，并通过光刻工艺，形成岛状的有源层60图案；

第三步：如图13，在第一绝缘层50上继续形成第二金属层，并通过光刻工艺形成数据线80的图案，接着通过CVD工艺形成一层厚度在范围的第二绝缘层70，该第二绝缘层70最好用SiO₂制成。

第四步：使用干刻工艺，分别在数据线80上方、有源层60的左右两侧同时形成第一接触孔1、第二接触孔2和第三接触孔3，第二接触孔2和第三接触孔3之间的长度定义为有源层60的沟道长度。

第五步：使用PVD工艺，在最上层形成透明导电层100，并通过光刻工艺，形成第一接触孔1和第二接触孔2之间的连接线110、直接从第三接触孔3中引出的像素电极120图案，该像素电极120覆盖上一像素的扫描线20、相邻两遮光线40、以及公共电极线30。

与上述第一实施例相比，本第二实施例主要的区别是：虽然数据线80与有源层60是不同的光刻工艺制程的，但从剖视图看，数据线80与有源层60位于同一层，从而可省去形成第三绝缘层的步骤。

图14是本发明液晶显示基板的第三实施例，与上述第一实施例不同的是，数据线80位于有源层60之上，故本第二实施例的制造方法步骤如下：

第一步：使用PVD（物理气相沉积：Physical Vapor Deposition）工艺，在玻璃基板10上形成第一金属层，并通过光刻工艺，形成扫描线20、以及与扫描线20连接的栅极（图未示）、公共电极线30、遮光线40等图案。

第一金属层的图案形成后，形成第一绝缘层50。该第一绝缘层50为栅极绝缘层，其厚度为的SiNx层，也可以是厚度为的SiNx和的SiO₂的叠层结构。

第二步：在第一绝缘层50的基础上，形成第二金属层，并通过光刻工艺，形成数据线80的图案，通过CVD工艺形成一层厚度在范围的第二绝缘层70，该第二绝缘层70为保护绝缘层。

第三步：继续使用PVD工艺或CVD工艺，在第二绝缘层70的基础上形成一层厚度在范围内的有源层60，并通过光刻工艺，形成岛状的有源层60图案，然后使用300℃~450℃左右的温度对有源层60进行退火处理。接着，通过CVD工艺形成一层厚度为范围的第三绝缘层90，该第三绝缘层90为隔离绝缘层，其最好用SiO₂制成。

第四步：使用干刻工艺，分别在数据线80上方、有源层60的左右两侧同时形成第一接触孔1、第二接触孔2和第三接触孔3，第二接触孔2和第三接触孔3之间定义为有源层60的沟道长度。

第五步：使用PVD工艺，，在最上层形成透明导电层100，并通过光刻工艺，形成第一接触孔1和第二接触孔2之间的连接线110、直接从第三接触孔3中引出的像素电极120图案，该像素电极120覆盖上一像素的扫描线20、相邻两遮光线40、以及公共电极线30。

与上述第一实施例相比，连接线110一端与数据线80连接，该连接线110实际为TFT的源极110；像素电极120与第三接触孔3连接的部分130实际为TFT的漏极，即形成由栅极、有源层60、漏极130和源极110共同构成了薄膜晶体管。

本第三实施例中，数据线80位于扫描线20和有源层60之间的层，并与上述实施例一样，数据线80的优选方案是上下叠层结构：下层为Al、Cu等低电阻率的金属或合金，上层为Ti、Mo等不容易氧化，达到与透明导电层100形成良好接触的金属或合金。

图15是本发明液晶显示基板的第四实施例，与上述实施例第三实施例不同的是，只有两层绝缘层，本第四实施例与上述第二实施例不同的是：先做数据线80层，再做有源层60，故本第二实施例的制造方法步骤如下：

第二步：在第一绝缘层50的基础上，形成第二金属层，并通过光刻工艺，形成数据线80的图案。

第三步：如图15，在第一绝缘层50用PVD工艺或CVD工艺形成一层厚度在范围内的有源层60，并通过光刻工艺，形成岛状的有源层60图案，然后使用300℃~450℃左右的温度对有源层60进行退火处理，通过CVD工艺形成一层厚度在范围的第二绝缘层70，该第二绝缘层70为保护绝缘层，该第二绝缘层70最好用SiO₂制成。

通过本步骤，虽然有源层60与数据线80是不同的光刻工艺制程的，但从剖视图看，有源层60与数据线80位于同一层，从而可省去形成第三绝缘层的步骤。

与上述第三实施例相比，本第四实施例主要的区别是：虽然有源层60与数据线80是不同的光刻工艺制程的，但从剖视图看，有源层60与数据线80位于同一层，从而可省去形成第三绝缘层的步骤。

图16是本发明液晶显示基板的第五实施例，与上述第一实施例不同的是，TFT的源极110与数据线80一起制作形成，故无需在数据线80上开设第一接触孔，并只需在有源层60的开设形成沟道的接触孔，故本第无实施例的制造方法步骤如下：

第一步：使用PVD工艺，在玻璃基板10上形成第一金属层，并通过光刻工艺，形成扫描线20、以及与扫描线20连接的栅极（图未示）、公共电极线30、遮光线40等图案。第一金属层的图案形成后，通过CVD工艺形成一层厚度在至厚度第一绝缘层50，该第一绝缘层50为栅极绝缘层。

第二步：使用PVD工艺，在第一绝缘层50上形成第二金属层，并通过光刻工艺，形成数据线80、以及与数据线80连接的源极110的图案。第二金属层的图案形成后，通过CVD工艺形成一层厚度在范围的第二绝缘层70，该第二绝缘层70为保护和隔离的特性。

第三步：在第二绝缘层70的基础上，继续使用PVD工艺或CVD工艺形成一层厚度在范围内的有源层60，并通过光刻工艺，形成岛状的有源层60图案，然后使用300℃~450℃左右的温度对有源层60进行退火处理。接着。

第四步：使用干刻工艺，在有源层60上形成一接触孔4，源极110至接触孔4之间的长度定义为有源层60的沟道长度。

第五步：使用PVD工艺，在最上层形成透明导电层100，并通过光刻工艺，、直接从接触孔4中引出的像素电极120图案，该像素电极120覆盖上一像素的扫描线20、相邻两遮光线40、以及公共电极线30。

像素电极120与接触孔4连接的部分130实际为TFT的漏极，即形成由栅极、有源层60、漏极130和源极110共同构成了薄膜晶体管。

与上述第一实施例相比，无需覆盖如第一实施例的第三绝缘层，源极110与数据线80一起形成，这样就不需要在数据线上形成第一接触孔，且有源层60上只需要形成一个接触孔，从而减小多个接触孔造成沟道长度不精确的问题。

本第五实施例中，由于数据线80的优选方案是上下叠层结构：下层为Al、Cu等低电阻率的金属或合金，上层为Ti、Mo等不容易氧化，达到与透明导电层100形成良好接触的金属或合金。

根据上述五个实施例的描述，本发明由于不需要单独进行蚀刻阻挡层的光刻处理，本发明通过使用五道光刻工艺制成具有现有六道工艺的性能的液晶显示基板，降低时间，提升产能，且减少SiO₂的成膜、刻蚀等处理时间，改善了迁移率持续提升、对光、水以及氧都相当敏感，需要完善、成膜温度控制、提高长时间操作的可靠度与稳定性、光会造成阈值电压随偏压应力（Bias Stress）变化加快，本发明最大限度地降低了液晶显示器制备工艺的废弃成本。

Claims

1.一种液晶显示基板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

B)在第一绝缘层上形成有源层图案，接着形成一层第二绝缘层；

C)在形成上述图案的基础上，形成第二层金属线，并形成数据线，接着形成一层第三绝缘层；

D)在形成上述图案的基础上，在数据线上形成第一接触孔、在有源层的两侧分别形成第二、第三接触孔；

E)在形成上述图案的基础上，进行透明导电层成膜，并在第一接触孔和第二接触孔之间形成连接线、以及与第三接触孔连接的像素电极。

2.一种液晶显示基板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

B)在第一绝缘层上形成有源层图案；

C)在第一绝缘层上形成第二层金属线，并形成数据线，接着形成第二绝缘层；

3.一种液晶显示基板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

B)在第一绝缘层上形成第二层金属线，并形成数据线；

C)在第一绝缘层上形成有源层图案，接着形成第二绝缘层；

4.根据权利要求1至3任一所述的液晶显示基板的制造方法，其特征在于：所述数据线为双层结构，其下层为导电能力的金属，上层为抗氧化金属。

5.一种液晶显示基板，其特征在于，包括：扫描线；与扫描线交叉的数据线；以及由所述扫描线和数据线限定的像素单元，所述像素单元内包括薄膜晶体管和像素电极，其特征在于：所述薄膜晶体管包括：有源层、与扫描线连接的栅极、源极、以及与像素电极连接的漏极，其中在有源层上开设有接触孔，所述源极与所述数据线由同一金属层制造形成，所述漏极为像素电极与接触孔的连接线。

6.根据权利要求5所述的液晶显示基板，其特征在于：所述有源层位于扫描线与数据线之间的层。

7.根据权利要求5所述的液晶显示基板，其特征在于，还包括两层绝缘层，分别为：位于扫描线所在层之上的第一绝缘层、位于有源层与数据线所在层之上的第二绝缘层。

8.一种液晶显示基板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

B)在第一绝缘层上第二层金属线，并形成数据线、以及与数据线连接的源极；

C)形成有源层图案，接着形成一层第二绝缘层；

D)在形成上述图案的基础上，在有源层上形成接触孔；

E)在形成上述图案的基础上，进行透明导电层成膜，并从接触孔中引出的像素电极图案。