CN103337522A - 一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其包括：扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的若干像素单元，每个像素单元包括：薄膜晶体管、有源层、以及像素电极，其中，有源层由金属氧化物制成的，像素电极、源极和漏极均是由金属氧化物通过离子注入方式使得金属氧化物具有导电特性。本发明通过将金属氧化物适合作为ITO与a-Si替代品的特性，提出四道光罩制程的阵列基板，可以减化制程降低制造成本，将半导体层与透明电极层整合在一起，利用半色调掩膜版或者灰色调掩膜版将沟道保护层和金属氧化物层用一道掩膜版制作，利用离子注入方式让其他的金属氧化物成为具有导体特性的透明电极，如此可以四道光罩制程即完成阵列基板。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法。
背景技术
近年来随着液晶显示器尺寸的不断增大，驱动电路的频率不断提高，现有的非晶硅薄膜晶体管迁移率很难满足要求。高迁移率的薄膜晶体管有多晶硅薄膜晶体管和金属氧化物薄膜晶体管，其中多晶硅薄膜晶体管虽然研究较早，但是其均一性差，制作工艺复杂；金属氧化物薄膜晶体管相比于多晶硅薄膜晶体管的优点在于：不需要采用晶化技术，节省工艺步骤，提高了均匀率和合格率；工艺简单，采用传统的溅射和湿刻工艺就可以；另外，目前的激光晶化技术还达不到大尺寸面板的要求，而氧化物晶体管因为不需要激光晶化，则没有尺寸的限制。由于这几方面的优势，金属氧化物薄膜晶体管备受人们关注，成为近几年研究的热点。
传统非晶硅薄膜晶体管阵列基板一般为5次光刻工艺，而在金属氧化物薄膜晶体管基板制作中，金属氧化物薄膜刻蚀液一般为用硝酸和盐酸，源漏电极如果是Al的话，同样也是用用硝酸和磷酸。为了防止在形成源漏金属电极时保护金属氧化物层不被破化，从而提高金属氧化物薄膜晶体管的性能，需要在金属氧化物薄膜上形成刻蚀阻挡层，刻蚀阻挡层的材料一般是SiO2或者SiNx，因此金属氧化物阵列基板制造通常需要6次光刻工艺，包括：扫描线相关图案形成，金属氧化物层图案形成，刻蚀阻挡层图案形成，数据线相关图案形成，接触孔图案形成，像素电极形成。在生产过程中，光刻次数越少，生产效率越高，成本越低。所以减少光刻次数是本领域的发展趋势。
发明内容
本发明的目的提供一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，以减少阵列基板制作工序的光刻次数，提高生产效率，降低生产成本。
本发明提供一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，该金属氧化物薄膜晶体管阵列位于玻璃基板上，其包括：位于玻璃基板上的纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的若干像素单元，每个像素单元包括：薄膜晶体管、有源层、以及像素电极，所述薄膜晶体管包括与扫描线一起形成的栅极、与数据线连接的源极、以及与像素电极连接的漏极，其中，有源层由金属氧化物制成的，像素电极、源极和漏极均是由金属氧化物通过离子注入方式使得金属氧化物具有导电特性。
本发明又提供一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，该金属氧化物薄膜晶体管阵列位于玻璃基板上，包括如下步骤：第一步：在玻璃基板上使用掩膜版形成第一金属层，形成栅极、扫描线以及扫描线端子；第二步：在形成上述第一步图案的基础上，使用掩膜版先制作栅极绝缘层，再在栅极绝缘层上形成数据线；第三步：在形成上述第二步图案的基础上，使用掩膜版制作端子接触孔和数据线接触孔；第四步：在形成上述第三步的基础上，依次沉积金属氧化物层和沟道保护层，最后涂布光刻胶；第五步：在形成上述第四步的基础上，使用半色调掩膜版或者灰色调掩膜版对上述成膜进行曝光，该半色调掩膜版或者灰色调掩膜版在预定的有源层处为不透光区域，在预定的像素区域、预定的源漏极、以及端子接触孔为半透光区域，其他区域为全透光区域，通过半色调掩膜版或者灰色调掩膜版，将全透光区域上方的金属氧化物层、沟道保护层和光刻胶全部刻蚀掉，露出扫描线和数据线，并形成像素区域和源漏极的形状；将半透光区域的光刻胶刻蚀薄了一些；栅极上方的金属氧化物层、沟道保护层和光刻胶没有变化；第六步：在形成上述第五步的基础上，对残留的光刻胶进行灰化处理，直到半透光区域露出沟道保护层时停止；而不透光区域上仍残留有部分光刻胶；第七步：在形成上述第六步的基础上，先蚀掉半透光区域露出部分的沟道保护层，半透光区域上方存在金属氧化物层；再剥离半透光区域留下的光刻胶，不透光区域上方只存在沟道保护层，且剩余的沟道保护层下方的金属氧化物就是有源层；第八步：在形成上述第七步图案的基础上，对金属氧化物层进行离子注入，即：使得像素区域、源漏极、以及端子接触孔内的金属氧化物具有导电特性，形成完整的像素区域、源极、漏极、以及端子接触孔，完成后退火处理。
本发明通过将金属氧化物适合作为ITO与a-Si替代品的特性，提出四道光罩制程的阵列基板，可以减化制程降低制造成本，将半导体层与透明电极层整合在一起，利用半色调掩膜版或者灰色调掩膜版将沟道保护层和金属氧化物层用一道掩膜版制作，利用离子注入方式让其他的金属氧化物成为具有导体特性的透明电极，如此可以四道光罩制程即完成阵列基板。
附图说明
图1为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的结构示意图；
图1a图1在A-A'方向的剖视图；
图2为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第一步制作示意图；
图2a为图2在A-A'方向的剖视图；
图3为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第二步制作示意图；
图3a为图3在A-A'方向的剖视图；
图4为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第三步制作示意图；
图4a为图4在A-A'方向的剖视图；
图5为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第四步制作示意图；
图5a为图5在A-A'方向的剖视图；
图6为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第五步制作示意图；
图6a为图6在A-A'方向的剖视图；
图7为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第六步制作示意图；
图7a为图7在A-A'方向的剖视图；
图8为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第七步制作示意图；
图8a为图8在A-A'方向的剖视图；
图9为本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的第八步制作示意图；
图9a为图9在A-A'方向的剖视图。
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。
如图1和图1a所示，本发明揭示一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，本发明通过ZnO、IGZO、或IZO适合作为ITO与a-Si替代品的特性，提出四道光罩制程的阵列基板，可以减化制程降低制造成本，将半导体层与透明电极层整合在一起，利用HTM或者GTM将沟道保护层和IGZO层用一道Mask制作，利用阳离子注入方式让其他的IGZO成为具有导体特性的透明电极，如此可以四道光罩制程即完成阵列基板。
本发明金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，位于玻璃基板101上，其包括：位于玻璃基板101上的纵横交错的扫描线111和数据线103、由扫描线111和数据线103交叉限定的若干像素单元，每个像素单元包括：薄膜晶体管、有源层108、以及像素电极112，所述薄膜晶体管包括与扫描线111一起形成的栅极104、与数据线103连接的源极113、以及与像素电极112连接的漏极114，其中，有源层108由金属氧化物ZnO、IGZO、或IZO制成的，像素电极112、源极113和漏极114均是由金属氧化物ZnO、IGZO、或IZO通过阳离子注入方式使得金属氧化物ZnO、IGZO、或IZO具有导电特性。
以下为本发明一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板的制造方法的制造步骤：
第一步：如图2和图2a所示，在玻璃基板101上使用第一道掩膜版形成第一金属层，形成栅极104、扫描线111以及扫描线端子102。
该第一金属层的材料为Mo、Ti、Al或Cu的一种或者几种合金，其成膜厚度为
第二步：如图3和图3a所示，在形成上述第一步图案的基础上，使用第二道掩膜版先制作栅极绝缘层112，再在栅极绝缘层112上形成数据线103。
栅极绝缘层112材料为SiO2、SiNx或者Al2O3，其成膜厚度为
数据线103材料为Mo、Al、Ti其中一种或者几种合金，其成膜厚度为
第三步：如图4和图4a所示，在形成上述第二步图案的基础上，使用第三道掩膜版制作端子接触孔106和数据线接触孔107。
所述数据线接触孔107和端子接触孔106为矩形或者圆形。
第四步：如图5和图5a所示，在形成上述第三步的基础上，依次沉积金属氧化物层108和沟道保护层109，最后涂布光刻胶110。
其中，金属氧化物层的材料为ZnO、IGZO、或IZO，其成膜厚度为100-1000
沟道保护层的材料为SiO2或SiNx，其成膜厚度为
沟道保护层109的材料为SiO2、SiNx或者Al2O3。
第五步：如图6和图6a所示，在形成上述第四步的基础上，使用第四道半色调掩膜版或者灰色调掩膜版对上述成膜进行曝光，该半色调掩膜版或者灰色调掩膜版在预定的有源层处为不透光区域，在预定的像素区域、预定的源漏极、以及端子接触孔106为半透光区域，其他区域为全透光区域。
通过半色调掩膜版或者灰色调掩膜版，将全透光区域上方的金属氧化物层108、沟道保护层109和光刻胶110全部刻蚀掉，露出扫描线111和数据线103，并形成像素区域和源漏极的形状；将半透光区域的光刻胶110刻蚀薄了一些；栅极104上方的金属氧化物层108、沟道保护层109和光刻胶110没有变化。
所述金属氧化物层108为IGZO，IGZO适合作为ITO与a-Si替代品的特性。
第六步：如图7和图7a所示，在形成上述第五步的基础上，对残留的光刻胶110进行灰化处理，直到半透光区域露出沟道保护层109时停止，光刻胶110灰化气体为氧气；而不透光区域上仍残留有部分光刻胶110。
第七步：如图8和图8a所示，在形成上述第六步的基础上，先蚀掉半透光区域露出部分的沟道保护层109，半透光区域上方存在金属氧化物层108；再剥离半透光区域留下的光刻胶110，不透光区域上方只存在沟道保护层109，且剩余的沟道保护层109下方的金属氧化物108就是有源层。
第八步：如图9和图9a所示，在形成上述第七步图案的基础上，对金属氧化物层108进行离子注入，即使得像素区域、源漏极、以及端子接触孔106内的金属氧化物108具有导电特性，形成完整的像素区域112、源极113、漏极114、以及端子接触孔106，完成后退火处理。
Claims (10)
1.一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，该金属氧化物薄膜晶体管阵列位于玻璃基板上，其特征在于，其包括：位于玻璃基板上的纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的若干像素单元，每个像素单元包括：薄膜晶体管、有源层、以及像素电极，所述薄膜晶体管包括与扫描线一起形成的栅极、与数据线连接的源极、以及与像素电极连接的漏极，其中，有源层由金属氧化物制成的，像素电极、源极和漏极均是由金属氧化物通过离子注入方式使得金属氧化物具有导电特性。
2.根据权利要求1所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：所述金属氧化物为ZnO、IGZO、或IZO。
3.根据权利要求1所述的的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：所述扫描线和栅极的材料为Mo、Ti、Al或Cu的一种或者几种合金。
4.根据权利要求1所述的的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板，其特征在于：所述数据线的材料为Mo、Al、Ti其中一种或者几种合金。
5.一种金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，该金属氧化物薄膜晶体管阵列位于玻璃基板上，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：在玻璃基板上使用掩膜版形成第一金属层，形成栅极、扫描线以及扫描线端子；
第二步：在形成上述第一步图案的基础上，使用掩膜版先制作栅极绝缘层，再在栅极绝缘层上形成数据线；
第三步：在形成上述第二步图案的基础上，使用掩膜版制作端子接触孔和数据线接触孔；
第四步：在形成上述第三步的基础上，依次沉积金属氧化物层和沟道保护层，最后涂布光刻胶；
第五步：在形成上述第四步的基础上，使用半色调掩膜版或者灰色调掩膜版对上述成膜进行曝光，该半色调掩膜版或者灰色调掩膜版在预定的有源层处为不透光区域，在预定的像素区域、预定的源漏极、以及端子接触孔为半透光区域，其他区域为全透光区域，通过半色调掩膜版或者灰色调掩膜版，将全透光区域上方的金属氧化物层、沟道保护层和光刻胶全部刻蚀掉，露出扫描线和数据线，并形成像素区域和源漏极的形状；将半透光区域的光刻胶刻蚀薄了一些；栅极上方的金属氧化物层、沟道保护层和光刻胶没有变化；
第六步：在形成上述第五步的基础上，对残留的光刻胶进行灰化处理，直到半透光区域露出沟道保护层时停止；而不透光区域上仍残留有部分光刻胶；
第七步：在形成上述第六步的基础上，先蚀掉半透光区域露出部分的沟道保护层，半透光区域上方存在金属氧化物层；再剥离半透光区域留下的光刻胶，不透光区域上方只存在沟道保护层，且剩余的沟道保护层下方的金属氧化物就是有源层；
第八步：在形成上述第七步图案的基础上，对金属氧化物层进行离子注入，即：使得像素区域、源漏极、以及端子接触孔内的金属氧化物具有导电特性，形成完整的像素区域、源极、漏极、以及端子接触孔，完成后退火处理。
6.根据权利要求5所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其特征在于：所述金属氧化物为ZnO、IGZO、或IZO。
7.根据权利要求5所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其特征在于：所述扫描线、栅极、数据线的材料为Mo、Ti、Al或Cu的一种或者几种合金。
8.根据权利要求5或7所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其特征在于：所述扫描线、栅极、数据线的膜厚为
9.根据权利要求5所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其特征在于：所述栅极绝缘层和沟道保护层的材料为SiO2、SiNx或者Al2O3。
10.根据权利要求5所述的金属氧化物薄膜晶体管阵列基板及其制造方法，其特征在于：所述数据线接触孔和端子接触孔为矩形或者圆形。
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