CN103165623B

CN103165623B - 薄膜晶体管基板与其制法、显示器

Info

Publication number: CN103165623B
Application number: CN201110422935.5A
Authority: CN
Inventors: 赖思维
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: CN103165623A

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管基板与其制法以及一种显示器。薄膜晶体管基板，包括：基板；以及金属导线结构，形成于基板之上，其中金属导线结构包括：主体金属层，形成于基板之上，其中主体金属层具有侧壁；顶部金属层，具有第一部份、第二部份与第三部份，其中第一部份位于主体金属层上、第二部份位于主体金属层的侧壁上，与第三部份位于基板上，且第一部份、第二部份与第三部份为一连续结构。本发明实施例的薄膜晶体管基板与其制法以及显示器，具有自保护金属导线结构，能够防止在后续制造工艺中受到其他酸性或碱性溶液的腐蚀，且可以避免电性不稳、电性异常以及线路短路的问题。

Description

薄膜晶体管基板与其制法、显示器

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管基板，且特别是有关于一种包括自保护金属导线结构的薄膜晶体管基板。

背景技术

金属导线结构常用于薄膜晶体管中，可作为栅极电极、栅极线、数据线、源极/漏极等。

图1显示现有金属导线结构10的剖面图，其包括复合金属层14形成于基板12之上，其中复合金属层14包括底部钼层14a、铝层14b与顶部钼层14c。然而，现有的金属导线结构10具有下述(1)-(4)的缺点。

(1)金属导线结构10一般通过酸液刻蚀而得，然而，此刻蚀步骤会造成铝层14b的暴露，而暴露的铝层14b未受到保护，容易在后续制造工艺中受到其他酸性或碱性溶液的腐蚀。

(2)再者，铝层14b的热膨胀系数高于底部钼层14a与顶部钼层14c，因此，后续高温制造工艺会造成铝层14b形成突出物(hillock)，产生线路短路的问题。

(3)图2显示现有金属导线结构形成导孔的剖面图，其中保护层16形成于复合金属层14之上，且导孔(via)17形成于保护层16中，导电层18(例如氧化铟锡层(ITO))形成于导孔17上，由于导电层18易与铝层14b反应而形成绝缘材料19(例如氧化铝层AlOx)，因而造成电性不稳。

(4)此外，当复合金属层14作为栅极电极时，若刻蚀制造工艺控制不佳时，会造成铝层14b外露，而铝原子容易扩散进入主动层中，而导致薄膜晶体管元件电性异常。

因此，业界亟需提出一种包括自保护金属导线结构的薄膜晶体管基板，以解决上述(1)-(4)的缺点。

发明内容

本发明提供一种薄膜晶体管基板，包括：一基板；以及一金属导线结构，形成于该基板之上，其中该金属导线结构包括：一主体金属层，形成于该基板之上，其中该主体金属层具有一侧壁；一顶部金属层，具有一第一部份、一第二部份与一第三部份，其中该第一部份位于该主体金属层上、该第二部份位于该主体金属层的侧壁上，与该第三部份位于该基板上，且该第一部份、该第二部份与该第三部份为一连续结构。

本发明另提供一种薄膜晶体管基板的制法，包括以下步骤：提供一基板；依序形成一主体金属层与一顶部金属层在该基板之上；形成一图案化光阻层在该顶部金属层之上；进行一第一次刻蚀步骤，以移除部份的该主体金属层与部份的该顶部金属层，并暴露该主体金属层的一侧壁与暴露该基板；进行一第二次刻蚀步骤，其中该主体金属层的刻蚀速率大于该顶部金属层的刻蚀速率，以使该顶部金属层向下延伸并覆盖该主体金属层，使得该顶部金属层具有形成于该主体金属层上的第一部份、形成于该主体金属层侧壁上的第二部份，以及形成于该基板上的第三部份，且该第一部份、该第二部份与该第三部份为一连续结构；以及移除该图案化光阻层。

本发明亦提供一种显示器，包括一如上所述的薄膜晶体管基板；一基板，与该薄膜晶体管基板相对设置；以及一显示介质，设置于该薄膜晶体管基板与该基板之间。

本发明实施例的薄膜晶体管基板与其制法以及显示器，具有自保护金属导线结构，能够防止在后续制造工艺中受到其他酸性或碱性溶液的腐蚀，且可以避免电性不稳、电性异常以及线路短路的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为一剖面图，用以说明现有的金属导线结构。

图2为一剖面图，用以说明现有的金属导线结构形成导孔的缺点。

图3A-图3E为一系列剖面图，用以说明本发明的薄膜晶体管基板的制法。

图4A-图4C为一系列剖面图，用以说明本发明的各种不同实施例的薄膜晶体管基板。

图5A为一剖面图，用以说明本发明薄膜晶体管基板形成导孔的结构。

图5B为一俯视图，用以说明本发明薄膜晶体管基板的俯视图。

附图标号：

10～金属导线结构

12～基板

14a～底部钼层

14b～铝层

14c～顶部钼层

16～保护层

17～导孔

18～导电层

19～绝缘材料

30～薄膜晶体管基板

32～基板

34～底部金属层

34a～经过一次刻蚀的底部金属层

36～主体金属层

36a～经过一次刻蚀的主体金属层

36b～经过二次刻蚀的主体金属层

38～顶部金属层

38a～经过一次刻蚀的顶部金属层

38b～经过二次刻蚀的顶部金属层

38b₁～第一部份

38b₂～第二部份

38b₃～第三部份

39～图案化光阻层

40～薄膜晶体管基板

42～基板

46～主体金属层

48～顶部金属层

50～薄膜晶体管基板形成导孔的结构

52～保护层

53～导孔

54～导电层

62～栅极线

64～数据线

66～栅极

68～源极/漏极

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

请参见图3A-图3E，该些图显示本发明薄膜晶体管基板制法的剖面图。首先，请参见图3A，提供基板32，基板32之中可包括预先形成的线路，为简化说明，基板32中未显示任何结构。之后，依序形成底部金属层34、主体金属层36与顶部金属层38于基板32之上。形成的方法包括蒸镀(evaporation)或溅镀(sputtering)等方法。

在一较佳实施例中，亦可仅形成主体金属层36与顶部金属层38。

上述的主体金属层36包括铝(Al)、铜(Cu)或上述的合金，然而主体金属层36并不限于上述材料，主要是低电阻率的材料皆在本发明的保护范围内。

上述的底部金属层34与顶部金属层38各自包括钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)或上述的合金。底部金属层34的作用在于增加基板32与主体金属层36之间的粘着力(adhesion)。顶部金属层38的作用在于保护主体金属层36，避免主体金属层36受腐蚀的影响以及做为与透明导电层电性接触的缓冲层，因此，顶部金属层38并不限于上述提及的金属，其他耐火金属(refractorymetal)亦在本发明的保护范围内。此外，主体金属层36的厚度大于底部金属层34与顶部金属层38。

之后，请参见图3B，形成图案化光阻层39于顶部金属层38之上，可通过光刻制造工艺(photolithography)形成图案化光阻层39。光刻制造工艺可包括光阻涂布(photoresistcoating)、软烘烤(softbaking)、掩膜对准(maskaligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposure)、光阻显影(developingphotoresist)与硬烘烤(hardbaking)。光刻制造工艺为本领域人士所熟知，在此不再赘述。

请参见图3C，进行第一次刻蚀步骤，以移除部份的主体金属层36与部份的顶部金属层38，并暴露主体金属层36的侧壁与暴露基板32，以得到经过一次刻蚀的底部金属层34a、经过一次刻蚀的主体金属层36a与经过一次刻蚀的顶部金属层38a。

第一次刻蚀步骤包括使用酸液进行刻蚀。在一实施例中，酸液为磷酸、醋酸、硝酸与水的混合溶液。

须注意的是，经过第一次刻蚀步骤之后，由于经过一次刻蚀的主体金属层36a暴露出侧壁，且其未受到经过一次刻蚀的顶部金属层38a的保护，因此，容易导致电性接触不良或形成突出物(hillock)等问题。

请参见图3D，进行第二次刻蚀步骤，以使经过一次刻蚀的主体金属层36a的刻蚀速率大于经过一次刻蚀的顶部金属层38a的刻蚀速率。如此一来，经过二次刻蚀的顶部金属层38b会向下延伸并覆盖经过二次刻蚀的主体金属层36b侧壁，因此，经过二次刻蚀的顶部金属层38b分成三个部份，分别为形成于经过二次刻蚀的主体金属层36b上的第一部份38b₁、形成于经过二次刻蚀的主体金属层36b侧壁上的第二部份38b₂，以及形成于基板32上的第三部份38b₃，其中第一部份38b₁、第二部份38b₂与第三部份38b₃为一连续结构。

须注意的是，第一部份38b₁的长度为d₁、第二部份38b₂的长度为d₂与第三部份38b₃的长度为d₃，为了使经过二次刻蚀的顶部金属层38b向下延伸并覆盖经过二次刻蚀的主体金属层36b侧壁，其中第二部份38b₂与第三部份38b₃的长度总合要大于经过二次刻蚀的主体金属层36b侧壁的长度d₄，亦即(d₂+d₃)＞d₄。

在一实施例中，第二次刻蚀步骤可选择与第一次刻蚀步骤相同的酸液进行刻蚀，而选择适当的刻蚀模式，例如选择喷洒(spray)或浸渍(dip)，以使经过一次刻蚀的主体金属层36a的刻蚀速率大于经过一次刻蚀的顶部金属层38a的刻蚀速率。

在另一实施例中，第二次刻蚀步骤可选择碱液(例如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)溶液)进行刻蚀，以使经过一次刻蚀的主体金属层36a的刻蚀速率大于经过一次刻蚀的顶部金属层38a的刻蚀速率，然该些步骤仅为举例说明之用，并非用以限缩本发明。具有通常知识者当可依据实际实施态样的需要对该些步骤加以修饰或变化。

之后，请参见图3E，移除图案化光阻层39，得到本发明的薄膜晶体管基板30。须注意的是，本发明经过二次刻蚀的顶部金属层38b为非顺应性层(non-conformallayer)，且其具有一致的(uniform)厚度。

图4A-图4C显示本发明薄膜晶体管基板40的剖面图，图中显示顶部金属层48与主体金属层46形成于基板42之上，其中顶部金属层48连续性地形成于主体金属层46上与主体金属层46的侧壁上，并延伸至基板42上。

在图4A中，主体金属层46的侧壁与基板42的夹角大于90度。在图4B中，主体金属层46的侧壁与基板42的夹角等于90度。在图4C中，主体金属层46的侧壁与基板42的夹角小于90度。然而，不论夹角为何，在图4A-图4C中的顶部金属层48皆具有一致的厚度，且其为非顺应性层，因此，顶部金属层48与主体金属层46之间会具有一间隙(gap)。

此外，请参见图5A及图5B，其中图5B沿着AA’线可得到图5A的剖面图，图5A显示本发明薄膜晶体管基板50形成导孔53的实施例，使导电层54与本发明的金属导线结构(由顶部金属层38b，主体金属层36b与底部金属层34a所组成)接触，在此实施例中，金属导线结构作为源极/漏极68，图中标号与图3E相同者代表相同元件。

制作过程如下，在形成本发明图3E薄膜晶体管基板之后，依序形成保护层52于经过二次刻蚀的顶部金属层38b上，之后，形成导孔53于保护层52中，以暴露经过二次刻蚀的顶部金属层38b。接着，导电层54形成于导孔53中。

须注意的是，由于本发明主体金属层36的侧壁已经被顶部金属层38所覆盖，因此，导孔53的位置可形成于顶部金属层38的第三部份上(第三部份的位置如同图3D)，以改善现有(如图2)电性不稳的问题。

再者，本发明提供一种显示器，包括：相对设置的薄膜晶体管基板与另一基板；以及显示介质设置于薄膜晶体管基板与基板之间，其中显示介质可为液晶层或有机发光层。

除了上述图5A中源极/漏极68可由本发明的金属导线结构所组成之外，在图5B中，薄膜晶体管基板包括薄膜晶体管阵列，且薄膜晶体管阵列中的栅极线62、数据线64或栅极66也可由本发明的金属导线结构所形成。

虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种薄膜晶体管基板，其特征在于，包括：

一基板；以及

一金属导线结构，形成于所述基板之上，其中所述金属导线结构包括：

一主体金属层，形成于所述基板之上，其中所述主体金属层具有一侧壁；

一顶部金属层，具有一第一部份、一第二部份与一第三部份，其中所述第一部份位于所述主体金属层上、所述第二部份位于所述主体金属层的侧壁上，与所述第三部份位于所述基板上，且所述第一部份、所述第二部份与所述第三部份为一连续结构，其中所述顶部金属层的第二部份与所述主体金属层的侧壁之间还包括一间隙。

2.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述顶部金属层具有一致的厚度。

3.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述顶部金属层为非顺应性层。

4.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述顶部金属层第二部份的长度d₂，以及所述顶部金属层第三部份的长度d₃总合大于所述主体金属层侧壁的长度d₄，即d₂+d₃＞d₄。

5.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，还包括：一底部金属层，形成于所述基板与所述主体金属层之间。

6.如权利要求5所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述底部金属层包括钼、钛、钽、铬或上述的合金。

7.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述主体金属层包括铝、铜或上述的合金。

8.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述顶部金属层包括钼、钛、钽、铬或上述的合金。

9.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述金属导线结构为一栅极线。

10.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述金属导线结构为一数据线。

11.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述金属导线结构为一栅极。

12.如权利要求1所述的薄膜晶体管基板，其特征在于，所述金属导线结构为一源/漏极。

13.一种显示器，其特征在于，包括：

一如权利要求1所述的薄膜晶体管基板；

一基板，与所述薄膜晶体管基板相对设置；以及

一显示介质，形成于所述薄膜晶体管基板与所述基板之间。

14.如权利要求13所述的显示器，其特征在于，所述显示介质为一液晶层。

15.如权利要求13所述的显示器，其特征在于，所述显示介质为一有机发光层。

16.一种薄膜晶体管基板的制法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基板；

依序形成一主体金属层与一顶部金属层在所述基板之上；

形成一图案化光阻层在所述顶部金属层之上；

进行一第一次刻蚀步骤，以移除部份的所述主体金属层与部份的所述顶部金属层，并暴露所述主体金属层的一侧壁与暴露所述基板；

进行一第二次刻蚀步骤，其中所述主体金属层的刻蚀速率大于所述顶部金属层的刻蚀速率，以使所述顶部金属层向下延伸并覆盖所述主体金属层，使得所述顶部金属层具有形成于所述主体金属层上的第一部份、形成于所述主体金属层侧壁上的第二部份，以及形成于所述基板上的第三部份，且所述第一部份、所述第二部份与所述第三部份为一连续结构；以及

移除所述图案化光阻层。

17.如权利要求16所述的薄膜晶体管基板的制法，其特征在于，形成所述主体金属层之前，还包括形成一底部金属层在所述基板之上。

18.如权利要求16所述的薄膜晶体管基板的制法，其特征在于，所述第一次刻蚀步骤包括使用酸液进行刻蚀。

19.如权利要求16所述的薄膜晶体管基板的制法，其特征在于，所述第二次刻蚀步骤包括：使用酸液搭配喷洒或浸渍刻蚀模式进行刻蚀。

20.如权利要求16所述的薄膜晶体管基板的制法，其特征在于，所述第二次刻蚀步骤包括使用碱液进行刻蚀。