CN102768989A - 一种薄膜晶体管阵列基板结构及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TFT阵列基板的制造方法，所述方法包括：A、在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层，并通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形；B、在步骤A所得到的基板上沉积半导体层，并通过构图工艺形成包含有半导体层图案的图形；C、在步骤B所得到的基板上，连续沉积栅极绝缘层，并依次沉积栅金属膜，并通过构图工艺形成包含有栅电极和栅极扫描线的图形，完成TFT阵列基板的制造。本发明还公开了一种TFT阵列基板结构，采用本发明能避免形成源漏电极对半导体层造成破坏，可通过一次构图工艺同时形成源漏金属电极和透明像素电极，制作工艺简单、良品率高，且能节约设备投资，提升生产效率。

Description

一种薄膜晶体管阵列基板结构及制造方法
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，尤其涉及一种薄膜晶体管(TFT)阵列基板结构及制造方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD，Thin Film Transistor Liquid CrystalDisplay)具有体积小、功耗低、无辐射等特点，近年来得到了迅速发展，在当前的平板显示器市场中占据了主导地位，也得到了广泛的应用，其应用范围几乎涵盖了当今信息社会的主要电子产品，如液晶电视、高清晰度数字电视、电脑、手机、PDA、GPS、车载显示、投影显示、摄像机、数码相机、电子手表、计算器、电子仪器、仪表、公共显示和虚幻显示等。
TFT-LCD一般由液晶面板(LCD panel)、驱动电路以及下面的背光源组成，其中，液晶面板是TFT-LCD中最重要的部分，它是在两块玻璃基板之间注入液晶，四周用封框胶封上，在两块玻璃板上分别贴敷偏振方向相互垂直的偏振片构成。其中，液晶面板上面的玻璃板是彩色滤光片(C/F，Color Filter)，由红、绿、蓝(R、G、B)三原色滤光片构成像素，在彩色滤色片上镀上透明的共用电极，液晶面板下面的玻璃板为TFT阵列基板，镀有大量矩阵式排列的薄膜晶体管以及一些周边电路。
现在制作TFT-LCD时，一般将红、绿、蓝三像素和遮光层做在C/F上，然后通过对盒工艺，把TFT阵列基板和C/F基板结合到一起。黑矩阵是用来遮挡漏光区域的光线，一般形成在TFT-LCD的C/F上，其材料为不透光的材料。对于TFT-LCD来说，TFT阵列基板以及制造工艺决定了TFT-LCD的产品性能、成品率和成本。为了有效地降低TFT-LCD的成本、提高成品率，TFT-LCD阵列基板的制造工艺逐步得到简化，从开始的七次构图(7mask)工艺已经发展到基于狭缝光刻技术的四次构图(4mask)工艺。
现在制作TFT-LCD一般采用四次构图工艺，而结合光刻胶剥离技术制作TFT-LCD的三次构图工艺良品率低，生产成本高，不利于生产应用。并且，传统的TFT-LCD制作工艺，一般先形成金属氧化物半导体，然后再形成源漏金属电极，这样，在形成源漏金属电极时，会对先形成的金属氧化物半导体层造成破坏，从而严重地影响TFT-LCD的性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种TFT阵列基板结构及制造方法，以解决现有制作工艺在形成源漏金属电极时，对先形成的半导体层造成破坏，从而严重影响TFT-LCD性能的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种TFT阵列基板的制造方法，所述方法包括：
A、在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层，并通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形；
B、在步骤A所得到的基板上沉积半导体层，并通过构图工艺形成包含有半导体层图案的图形；
C、在步骤B所得到的基板上沉积栅极绝缘层，并依次沉积栅金属膜，通过构图工艺形成包含有栅电极和栅极扫描线的图形，完成TFT阵列基板的制造。
在上述方案中，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上沉积保护层。
在上述方案中，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形。
在上述方案中，所述在玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形之后、以及在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上涂敷有机平坦层，在所述有机平坦层上沉积保护层。
在上述方案中，所述沉积栅极绝缘层，为：
采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)连续沉积两层栅极绝缘层，其中，与所述半导体层接触的一层沉积速度低于另一层的沉积速度。
在上述方案中，所述通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形，为：
通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺，形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形。
本发明还提供了一种TFT阵列基板结构，所述阵列基板包括：玻璃基板、源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极、半导体层图案、栅电极和栅极扫描线，所述半导体层图案在所述玻璃基板上形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、以及透明像素电极之后形成。
在上述方案中，所述阵列基板还包括保护层，所述保护层在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，沉积在所述玻璃基板上。
在上述方案中，所述阵列基板还包括黑矩阵、R像素、B像素、和G像素，其中，在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，所述黑矩阵形成在所述玻璃基板上，并形成所述R像素、B像素、和G像素。
在上述方案中，所述阵列基板还包括：有机平坦层和保护层，其中，在形成所述黑矩阵、R像素、B像素、和G像素之后，所述有机平坦层涂敷在所述玻璃基板上，所述保护层沉积在所述有机平坦层上。
在上述方案中，所述源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺形成。
本发明的TFT阵列基板结构及制造方法，通过先形成源漏电极，再形成半导体层的工艺流程，以避免形成源漏电极时对半导体层造成破坏而影响TFT-LCD的性能；同时，此结构可以通过一次构图工艺同时形成源漏金属电极和透明像素电极，比传统的TFT阵列基板制作工艺节省了一次构图工艺，可以通过三次构图工艺完成整个TFT阵列基板的制作，不需要结合光刻胶剥离技术，制作工艺简单、良品率高，并且，能节约设备投资，提升生产效率。
附图说明
图1为本发明TFT阵列基板制造方法的实现流程图；
图2为本发明实施例一中步骤1所得到基板的平面图；
图3为本发明实施例一中步骤1所得到基板在平行于栅线的截面即图2在AA’截面上的截面图；
图4为本发明实施例一中步骤2所得到基板的平面图；
图5为本发明实施例一中步骤2所得到基板在平行于栅线的截面即图4在AA’截面上的截面图；
图6为本发明实施例一中步骤3所得到TFT阵列基板的平面图；
图7为本发明实施例一中步骤3所得到TFT阵列基板在平行于栅线的截面即图6在AA’截面上的截面图；
图8为本发明实施例二中步骤1所得到基板的平面图；
图9为本发明实施例二中步骤1所得到基板在平行于栅线的截面即图8在AA’截面上的截面图；
图10为本发明实施例二中步骤2所得到基板的平面图；
图11为本发明实施例二中步骤2所得到基板在平行于栅线的截面即图10在AA’截面上的截面图；
图12为本发明实施例二中步骤3所得到基板的平面图；
图13为本发明实施例二中步骤3所得到基板在平行于栅线的截面即图12在AA’截面上的截面图；
图14为本发明实施例二中步骤4所得到基板的平面图；
图15为本发明实施例二中步骤4所得到基板在平行于栅线的截面即图15在AA’截面上的截面图；
图16为本发明实施例二中步骤5所得到TFT阵列基板的平面图；
图17为本发明实施例二中步骤5所得到TFT阵列基板在平行于栅线的截面即图16在AA’截面上的截面图。
具体实施方式
本发明的基本思想是：在制造TFT阵列基板时，先形成源漏电极，再形成半导体层，从而避免形成源漏电极时对半导体层造成破坏而影响TFT-LCD的性能。
本发明所提供的TFT阵列基板制造方法，如图1所示，所述方法主要包括以下步骤：
步骤101，在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层，并通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形；
步骤102，在步骤101所得到的基板上沉积半导体层，并通过构图工艺形成包含有半导体层图案的图形；
步骤103，在步骤102所得到的基板上，连续沉积栅极绝缘层，并依次沉积栅金属膜，并通过构图工艺形成包含有栅电极和栅极扫描线的图形，完成TFT阵列基板的制造。
其中，所述构图工艺包括涂覆光刻胶、曝光、显影、刻蚀、剥离等工序。
这里，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还可以包括：在所述玻璃基板上沉积保护层。
这里，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还可以包括：在所述玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形。
这里，所述在玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形之后、以及在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还可以包括：在所述玻璃基板上涂敷有机平坦层，在所述有机平坦层上沉积保护层。之后，再沉积上透明导电薄膜层和源漏金属层，并形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形。实际应用中，可以通过三次构图工艺分别形成R像素、B像素、G像素。
其中，所述沉积栅极绝缘层，为：采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)连续沉积两层栅极绝缘层，其中，与所述半导体层接触的一层沉积速度低于另一层的沉积速度。
具体地，所述通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形，为：通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺，形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形。
相应地，本发明还提供了一种TFT阵列基板结构，所述阵列基板包括：玻璃基板、源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极、半导体层图案、栅电极和栅极扫描线，所述半导体层图案是在所述玻璃基板上形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、以及透明像素电极之后形成的。
其中，所述阵列基板还可以包括保护层，所述保护层在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，沉积在所述玻璃基板上。
其中，所述阵列基板还可以包括黑矩阵、R像素、B像素、和G像素，其中，在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，所述黑矩阵形成在所述玻璃基板上，并形成所述R像素、B像素、和G像素。
这里，所述阵列基板还可以包括：有机平坦层和保护层，其中，在形成所述黑矩阵、R像素、B像素、和G像素之后，所述有机平坦层涂敷在所述玻璃基板上，所述保护层沉积在所述有机平坦层上。
具体地，所述源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺形成。
实施例一
本实施例提供了一种有源驱动TFT阵列基板的制造方法，本实施例中TFT阵列基板的制造方法，具体工艺流程包括：
步骤1、首先，在玻璃基板1上采用PECVD连续沉积厚度为
Figure BDA0000059734020000061
的保护层8；然后通过溅射或热蒸发的方法沉积上厚度约为
Figure BDA0000059734020000071
的透明导电薄膜层和厚度约为源漏金属层；通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺之后，形成源电极6、漏电极7、数据扫描线9以及透明像素电极5，其平面图和截面图分别如图2、图3所示。
这里，沉积保护层8时，可以选用氧化物、氮化物或者氧氮化合物，对应的反应气体可以选用SiH4、NH3、N2或SiH2Cl2、NH3、N2；保护层8是无机绝缘层，可以更好地保护后面的金属氧化物半导体层，提高金属氧化物半导体层的稳定性能。
这里，透明像素电极5一般为纳米铟锡金属氧化物(ITO，Indium TinOxides)，也可以是其它的金属及金属氧化物；源电极6/漏电极7所采用的材料可以是Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属和合金，可以是单层也可以是多层。
本步骤中，在沉积透明像素电极前，先在玻璃基板上沉积一层保护层，该保护层能够保护TFT沟道，避免TFT沟道直接与玻璃基板接触，形成不好的界面。
步骤2、在完成步骤1后的基板1上，通过溅射或热蒸发的方法，在源电极6和漏电极7之间以及上方沉积上厚度约为
Figure BDA0000059734020000073
的半导体层，通过一次构图工艺形成半导体层图案4，其平面图和截面图分别如图4、图5所示。
这里，半导体层4可以是非晶IGZO，也可以是其他的金属氧化物。
本步骤在第二次构图工艺中形成半导体层图案，使得半导体层图案可以做到精细，避免产生不良；半导体层使用宽禁带宽度金属氧化物半导体如IGZO，使得可见光照射该半导体层时不会产生光电流，在后面的制作流程中也就不需要使用遮光层，有利于简化制作工艺，降低制作成本。
步骤3、在完成步骤2的基板上，采用PECVD连续沉积厚度为
Figure BDA0000059734020000074
Figure BDA0000059734020000075
的栅极绝缘层3，然后依次沉积上厚度为
Figure BDA0000059734020000076
的栅金属膜，最后，通过一次构图工艺形成栅电极2和栅极扫描线10。至此，完成TFT阵列基板的制造，制造出的TFT阵列基板的平面图和截面图分别如图6、图7所示。
这里，栅金属膜可以采用溅射或热蒸发的方法来进行沉积。栅金属膜可以选用Cr、W、Cu、Ti、Ta、Mo、等金属或合金，还可以通过由多层金属组成的栅金属层来代替。
这里，沉积栅极绝缘层3时，可以选用氧化物、氮化物或者氧氮化合物、对应的反应气体可以为SiH4，NH3，N2或SiH2Cl2，NH3，N2；栅金属膜可以选用Cr、W、Cu、Ti、Ta、Mo等金属或合金，也可以由多层金属组成的栅金属层来代替。
这里，栅极绝缘层3可以是一层，也可以是两层。当栅极绝缘层3为两层时，栅极绝缘层3中与半导体层接触的一层沉积速度低于另一层的沉积速度，如此，可以使得栅极绝缘层3与半导体层形成很好的界面，有利于提高TFT性能，同时又可以提高生产效率。
本实施例中，通过第一次构图工艺来形成源漏电极和透明像素电极，避免在形成半导体层之后再形成源漏电极和透明像素电极而对所形成的半导体层造成破坏；并且，使用三次构图工艺完成整个TFT阵列基板的制作，不需要与光刻胶剥离技术结合，制作工艺简单，良品率高。
实施例二
本实施例提供了一种集成有彩膜部分结构的TFT阵列基板的制造方法，具体工艺流程包括：
步骤1、首先，通过一次构图工艺在玻璃基板1上形成黑矩阵(BM，BlackMatrix)11，平面如图8所示，截面如图9所示；
这里，图8、以及图9中的黑矩阵只遮挡了数据线、源漏电极、沟道等，但在实际应用中，黑矩阵还会将栅线处也遮挡起来。
这里，黑矩阵的材料可以是金属，如Cr，也可以是有机物。BM材料可以更换，用gate金属、SD金属等。黑矩阵的材料还可以是普通树脂或感光树脂，当采用感光树脂时，只需沉积材料，曝光、显影即可，感光树脂本身有光刻胶的感光特性。
步骤2、在完成步骤1的玻璃基板1上通过三次构图工艺分别形成R像素12、B像素、G像素13，其平面图和截面图分别如图10、图11所示。
R像素12、B像素、G像素13还可以采取喷墨或者印刷等方法形成。步骤3、在完成步骤2的玻璃基板1上通过一次旋涂的方式涂敷一层
Figure BDA0000059734020000092
的有机平坦层14；然后在有机平坦层14上采用PECVD连续沉积厚度为
Figure BDA0000059734020000093
的保护层8；再通过溅射或热蒸发的方法沉积上厚度约为
Figure BDA0000059734020000094
Figure BDA0000059734020000095
的透明导电薄膜层和厚度约为
Figure BDA0000059734020000096
源漏金属层；通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺之后，形成源电极6、漏电极7、数据扫描线9以及透明像素电极5，其平面图和截面图分别如图12、图13所示。
这里，透明像素电极5一般为ITO，也可以是其它的金属及金属氧化物；源电极6/漏电极7所采用的材料可以选用Cr、W、Ti、Ta、Mo、Al、Cu等金属和合金，可以是单层也可以是多层。
这里，沉积保护层8时，可以选用氧化物、氮化物或者氧氮化合物，对应的反应气体可以选用SiH4、NH3、N2或SiH2Cl2、NH3、N2；保护层8是无机绝缘层，可以更好地保护后面的金属氧化物半导体层，提高金属氧化物半导体层的稳定性能。
保护层是绝缘性更好的无机绝缘层，可以是Si的氮化物和氧化物，也可以是Al2O3等金属氧化物绝缘层。
这里，有机平坦层14可以使玻璃基板1表面平坦化，同时可以起到绝缘的作用。
本步骤中，在沉积透明像素电极前，先在玻璃基板上沉积一层保护层，该保护层能够保护TFT沟道，避免TFT沟道直接与玻璃基板接触，形成不好的界面。
步骤4、在完成步骤3后的基板上，通过溅射或热蒸发的方法沉积上厚度约为的半导体层，通过一次构图工艺形成半导体层图案4，其平面图和截面图分别如图14、图15所示。
这里，半导体层可以是非晶IGZO，也可以是其他的金属氧化物。
本步骤，半导体层使用宽禁带宽度金属氧化物半导体如IGZO，使得可见光照射该半导体层时不会产生光电流，在后面的制作流程中也就不需要使用遮光层，有利于简化制作工艺，降低制作成本。
步骤5、在完成步骤4后的基板上，采用PECVD连续沉积厚度为
Figure BDA0000059734020000102
的栅极绝缘层3；然后采用溅射或热蒸发的方法依次沉积上厚度为的栅金属膜；再通过一次构图工艺依次形成栅极2和栅极扫描线。至此，完成集成有彩膜集的TFT阵列基板的制造，制造出的TFT阵列基板的平面图和截面图分别如图16、图17所示。
这里，沉积栅极绝缘层3时，可以选用氧化物、氮化物或者氧氮化合物、对应的反应气体可以为SiH4，NH3，N2或SiH2Cl2，NH3，N2；栅金属膜可以选用Cr、W、Cu、Ti、Ta、Mo等金属或合金，也可以由多层金属组成的栅金属层来代替。
这里，栅极绝缘层3可以是一层，也可以是两层。在栅极绝缘层3为两层时，栅极绝缘层3中与半导体层接触的一层沉积速度低于另一层的沉积速度，如此，可以使得栅极绝缘层3与半导体层形成很好的界面，有利于提高TFT性能，同时又可以提高生产效率。
这里，栅金属膜可以选用Cr、W、Cu、Ti、Ta、Mo、等金属或合金，还可以通过由多层金属组成的栅金属层来代替。
本实施例中，采用构图工艺将红、绿、蓝三像素直接做在TFT阵列基板上，由于构图工艺的精度一般在5um左右，远大于对盒的精度(对盒精度一般在3mm)，从而可以大幅度提高LCD的开口率。此外，本实施例先形成源漏电极和像素电极，然后再形成半导体层，可以减少形成源漏电极对半导体层的破坏。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种薄膜晶体管(TFT)阵列基板的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
A、在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层，并通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形；
B、在步骤A所得到的基板上沉积半导体层，并通过构图工艺形成包含有半导体层图案的图形；
C、在步骤B所得到的基板上沉积栅极绝缘层，并依次沉积栅金属膜，通过构图工艺形成包含有栅电极和栅极扫描线的图形，完成TFT阵列基板的制造。
2.根据权利要求1所述TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上沉积保护层。
3.根据权利要求1所述TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，所述在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形。
4.根据权利要求3所述TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，所述在玻璃基板上形成包含有黑矩阵的图形，并分别形成包含有R像素、B像素、G像素的图形之后、以及在玻璃基板上沉积透明导电薄膜层和源漏金属层之前，所述步骤A还包括：
在所述玻璃基板上涂敷有机平坦层，在所述有机平坦层上沉积保护层。
5.根据权利要求1至4任一项所述TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，所述沉积栅极绝缘层，为：
采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)连续沉积两层栅极绝缘层，其中，与所述半导体层接触的一层沉积速度低于另一层的沉积速度。
6.根据权利要求1至4任一项所述TFT阵列基板的制造方法，其特征在于，所述通过构图工艺形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形，为：
通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺，形成包含有源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极的图形。
7.一种TFT阵列基板结构，所述阵列基板包括：玻璃基板、源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极、半导体层图案、栅电极和栅极扫描线，其特征在于，所述半导体层图案在所述玻璃基板上形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、以及透明像素电极之后形成。
8.根据权利要求7所述TFT阵列基板结构，其特征在于，所述阵列基板还包括保护层，所述保护层在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，沉积在所述玻璃基板上。
9.根据权利要求7所述TFT阵列基板结构，其特征在于，所述阵列基板还包括黑矩阵、R像素、B像素、和G像素，其中，在形成所述源电极、漏电极、数据扫描线、透明像素电极之前，所述黑矩阵形成在所述玻璃基板上，并形成所述R像素、B像素、和G像素。
10.根据权利要求9所述TFT阵列基板结构，其特征在于，所述阵列基板还包括：有机平坦层和保护层，其中，在形成所述黑矩阵、R像素、B像素、和G像素之后，所述有机平坦层涂敷在所述玻璃基板上，所述保护层沉积在所述有机平坦层上。
11.根据权利要求7至10任一项所述TFT阵列基板结构，其特征在于，所述源电极、漏电极、数据扫描线以及透明像素电极通过一次灰色调或半色调掩模板曝光显影和多部刻蚀工艺形成。
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