CN103489881B - 一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件，涉及显示器件制造技术，以避免半导体有源层因为光照和刻蚀而造成的破坏，进而改善TFT器件的性能，该薄膜晶体管阵列基板包括：透明基板以及形成在该透明基板上的栅极金属层、栅绝缘层、半导体有源层、刻蚀阻挡层、数据线金属层、钝化层和像素电极层，其中，栅极金属层包括:栅极、栅线和栅线引线，数据线金属层包括：该薄膜晶体管的源极和漏极、以及数据线和数据线引线，该刻蚀阻挡层覆盖形成该半导体有源层之后的整个透明基板，本发明实施例用于薄膜晶体管阵列基板的制造，及利用上述薄膜晶体管阵列基板的显示器件。

Description

一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件

本申请要求为基于2011年12月31日提交中国专利局、申请号为201110460362.5、发明名称为“一种薄膜晶体管、阵列基板及其制造方法和显示器件”的中国专利申请提出的分案申请。

技术领域

本发明涉及显示器件制造技术，尤其涉及一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件。

背景技术

OTFT（Oxide Thin Film Transistor，氧化物薄膜晶体管）技术最初的研究是为了降低有源显示器件的能耗，令显示器件的更薄更轻，响应速度更快而研发的技术。大约在二十一世纪初开始走向试用阶段。随着具有超薄、重量轻、低能耗，同时其自身发光的特点，可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像的新一代有机发光液晶面板OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）正式走上实用阶段。氧化物薄膜晶体管技术也被人们给予为能够代替现有低温多晶硅技术（Low Temperature Poly Silicon，LTPS）技术，特别是大尺寸显示领域被广泛研究的最有应用前景的技术。

下面参照图1、图2，对现有技术中的氧化物薄膜晶体管及阵列基板的制造方法进行说明。

图1为现有的OTFT阵列基板的制造方法的流程框图，图2为OTFT阵列基板的截面图。

S101、在透明基板上形成栅极金属层。

在TFT的制作过程中，栅极金属层多为采用磁控溅射的方法来制备，电极材料根据不同的器件结构和工艺要求可以进行选择，通常被采用的栅电极金属有Mo，Mo-Al-Mo合金，Mo/Al-Nd/Mo叠成结构的电极、Cu以及金属钛及其合金等。

S102、对栅极金属层进行构图工艺，形成栅极和栅线。

通过湿法刻蚀的方式，对栅极金属层进行构图工艺。

S103、在栅极金属层上形成栅绝缘层。

在栅极金属层11图形化后，通过Pre-clean工艺（成膜前清洗），通过等离子体增强化学汽相淀积（PECVD）法，在带有栅极金属层的基板上制备栅绝缘层12，其材料应用比较广泛，如二氧化硅（SiO₂）薄膜，氮化硅薄膜（SiN_x），氮氧化硅薄膜（SiO_xN_y），氧化铝（Al₂O₃）薄膜，TiO_x薄膜以及复合的多层结构的薄膜。

S104、对栅绝缘层进行表面处理。

在薄膜晶体管的制备过程中，栅绝缘层12表面的特性对整个TFT的特性的影响起着非常重要的作用，在氧化物薄膜晶体管中尤其显现的更为重要。通常的处理的方法是，采用等离子进行处理或者进行表面修饰。

S105、形成氧化物半导体薄膜。

形成氧化物半导体薄膜，OTFT制作最为关键的环节就是有源层氧化物半导体的制作，主要的制作方法有磁控溅射沉积（Sputter）以及溶液法等，现在广为使用的氧化物半导体由铟镓锌氧化物（IGZO），铟镓锡氧化物（IGTO），铟锌氧化物（IZO）等以及与其相关的不同比例的配合物。

S106、对氧化物半导体薄膜进行构图工艺。

现在各个厂商对于氧化物半导体有源层构图工艺主要的刻蚀方法有两种，一种为湿法刻蚀，另一种为干法刻蚀，但是采用不同的方法将会对氧化物半导体层造成不同的伤害，因此选用合适的图形化工艺是改善OTFT特性的重要途径。对氧化物半导体薄膜进行构图工艺后，形成氧化物半导体有源层13。

S107、形成刻蚀阻挡薄膜并进行构图工艺。

形成刻蚀阻挡薄膜，通常采用干法刻蚀的方法对刻蚀阻挡薄膜进行构图工艺，形成刻蚀阻挡层（Etch Stop Layer,ESL）14，刻蚀阻挡层材料因不同的厂家针对各自的工艺要求的不同而不同，通常需用如SiO_x、SiN_x，SiO_xN_y、Al₂O₃、TiO_x等无机绝缘材料，其目的就是为了减少在数据线金属层图形化的过程中，对氧化物半导体薄膜造成伤害。

S108、形成数据线金属层。

首先，沉积一层数据线金属薄膜，而后通过湿法刻蚀的方法对其进行构图，形成数据线、数据线引线、源极（如图2中的15a）和漏极（如图2中的15b）。

S109、钝化层的形成和过孔的刻蚀。

在源极和漏极图形化之后，在整个平面形成一层钝化层16，通常需用如SiO_x、SiN_x，SiO_xN_y、Al₂O₃、TiO_x等无机绝缘材料，在钝化层形成之后进行过孔的刻蚀，形成的过孔如图2中17所示，用于将之后形成的像素电极和漏极接触。

S110、像素电极层的沉积及构图。

在过孔形成之后，形成像素电极层18，其材料现在广为采用的是铟锡氧化物，并通过湿法刻蚀的方法对其进行构图工艺，如图2中18所示。

由上述制造方法可知，现有OTFT阵列基板的制造方法，最为广泛的应用的即为上述的6次的构图工艺来形成栅极金属层、半导体层、刻蚀阻挡层，数据线金属层，钝化层过孔和像素电极层，但半导体有源层之后的成膜、曝光、刻蚀等复杂的工序，将直接影响到氧化物半导体薄膜的性能，同时由于刻蚀阻挡层没有完全覆盖氧化物半导体有源层，使得在涉及到氧化物半导体的工艺中，刻蚀阻挡层不能很好的保护氧化物半导体有源层，使氧化物半导体有源层在光照或者刻蚀工艺中造成破坏，进而影响薄膜晶体管的器件性能。

发明内容

本发明的实施例提供一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件，以避免半导体有源层因为光照和刻蚀而造成的破坏，进而改善TFT器件的性能。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种薄膜晶体管阵列基板，包括：

透明基板以及形成在所述透明基板上的栅极金属层、栅绝缘层、半导体有源层、刻蚀阻挡层、数据线金属层、钝化层和像素电极层，其中，栅极金属层包括:栅极、栅线和栅线引线，数据线金属层包括：所述薄膜晶体管的源极和漏极、以及数据线和数据线引线，所述栅绝缘层覆盖所述栅极，所述半导体有源层位于所述栅绝缘层上，

所述刻蚀阻挡层覆盖所述半导体有源层，且在所述刻蚀阻挡层上形成有第一过孔和第二过孔；

所述薄膜晶体管的源极通过所述第一过孔和所述半导体有源层接触，所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二过孔和所述半导体有源层接触；所述刻蚀阻挡层覆盖形成所述半导体有源层之后的整个透明基板。

提供一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法，包括：

在透明基板上依次形成栅极金属层、栅绝缘层，其中，栅极金属层包括：栅极、栅线和栅线引线；所述栅绝缘层覆盖所述栅极；

在形成有栅绝缘层的透明基板上沉积半导体薄膜，并通过构图工艺形成半导体有源层，在形成有半导体有源层的透明基板上沉积刻蚀阻挡薄膜，所述刻蚀阻挡薄膜为刻蚀阻挡层，其中，所述刻蚀阻挡层覆盖形成所述半导体有源层之后的整个透明基板；

采用过孔连接工艺在所述刻蚀阻挡层上形成第一过孔和第二过孔，

继续在所述刻蚀阻挡层上形成数据线金属层、钝化层和像素电极层；其中，所述数据线金属层包括数据线、数据线引线和薄膜晶体管的源、漏极，所述源极通过所述第一过孔和所述半导体有源层接触，所述漏极通过所述第二过孔和所述半导体有源层接触，所述钝化层覆盖所述数据线金属层，所述像素电极层位于所述钝化层上。

提供一种显示器件，包括上述任一薄膜晶体管阵列基板。

本发明实施例提供一种薄膜晶体管阵列基板及其制造方法和显示器件，在透明基板上依次形成栅极金属层、栅绝缘层、在形成有栅绝缘层的透明基板上沉积半导体薄膜，并通过构图工艺形成半导体有源层，在形成有半导体有源层的透明基板上沉积刻蚀阻挡薄膜，该刻蚀阻挡薄膜为刻蚀阻挡层，该刻蚀阻挡层覆盖形成该半导体有源层之后的整个透明基板，并采用过孔连接工艺在所述刻蚀阻挡层上形成第一过孔和第二过孔；继续在所述刻蚀阻挡层上形成数据线金属层、钝化层和像素电极层；其中，所述数据线金属层包括数据线、数据线引线和薄膜晶体管的源、漏极，且所述源极通过所述第一过孔和所述半导体有源层接触，所述漏极通过所述第二过孔和所述半导体有源层接触。所述钝化层覆盖所述数据线金属层，所述像素电极层位于所述钝化层上。这样，在不增加工序的情况下，通过采用过孔连接工艺对刻蚀阻挡层进行刻蚀，使得除与第一过孔和第二过孔相接触的半导体有源层部分外，其余部分均覆盖有刻蚀阻挡层，避免了该半导体有源层因为光照和刻蚀而造成的破坏，进而改善了TFT器件的性能，提高了整个基板的良品率，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的OTFT阵列基板制造方法的流程示意图；

图2为现有技术中OTFT阵列基板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的TFT阵列基板的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的流程示意图；

图5A为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第一示意图；

图5B为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第二示意图；

图5C为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第三示意图；

图5D为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第四示意图；

图5E为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第五示意图；

图5F为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第六示意图；

图5G为本发明实施例提供的制造TFT阵列基板的第七示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种TFT阵列基板，如图3所示，包括：透明基板30、栅极金属层、栅绝缘层32、氧化物半导体有源层33、刻蚀阻挡层34、数据线金属层、钝化层36和像素电极层38，其中，该栅极金属层通过构图工艺形成栅极31a、栅线和栅线引线31b，该数据线金属层通过构图工艺形成数据线、数据线引线、薄膜晶体管的源极35a和漏极35b，刻蚀阻挡层34形成于氧化物半导体有源层33上，该栅绝缘层32覆盖该栅极31a，该半导体有源层33位于该栅绝缘层32上。

通过对该刻蚀阻挡层34进行构图工艺，该刻蚀阻挡层34覆盖氧化物半导体有源层33，且在刻蚀阻挡层34上形成有第一过孔37a、第二过孔37b，薄膜晶体管的源极35a通过第一过孔37a和氧化物半导体有源层33接触，薄膜晶体管的漏极35b通过第二过孔37b和氧化物半导体有源层33接触。

在本发明实施例中，该TFT阵列基板上刻蚀阻挡层34覆盖形成氧化物半导体有源层33之后的整个透明基板。这样在刻蚀形成氧化物半导体有源层33之后，形成一层刻蚀阻挡薄膜，该刻蚀阻挡薄膜作为未形成过孔37a、37b之前的刻蚀阻挡层34；也就是说，在形成过孔37a、37b之前，无需对刻蚀阻挡薄膜进行构图工艺，同样能够简化工艺。

其中需要说明的是，以上所述以半导体有源层材料为氧化物材料这一优选情况进行示例性说明，但本发明对此不进行限制。

较佳的，所述栅线引线31b通过第三过孔37c与数据线金属层跳层接触。

进一步地，所述数据线金属层还包括：位于栅线引线上方的辅助栅线引线35c；该辅助栅线引线35c通过第三过孔37c与所述栅线引线31b连接形成双层栅线引线。所述辅助栅线引线35c位于栅线引线区域，与显示区域中的数据线、源/漏极等结构断开。

该第三过孔和辅助栅线引线35c位于TFT阵列基板的外围布线区域，这样能够降低阵列基板的栅线引线的接触电阻和导通电阻，减少电压降、降低驱动功耗。

上述描述仅仅是栅线引线通过第三过孔与数据线金属层跳层接触的一种实现方式，除此之外，还可以是通过该数据线金属层跳层接触，实现数据线金属层与栅线金属层的连接，例如AMOLED像素区域的开关薄膜晶体管（switching TFT）的漏极与驱动薄膜晶体管(Driving TFT)栅极之间的连接方式。

更进一步地，该半导体有源层材料为氧化物材料。

本发明提供的TFT阵列基板，由于该刻蚀阻挡层覆盖形成该半导体有源层之后的整个透明基板，因此，刻蚀阻挡层能够有效地保护氧化物半导体有源层，避免了该氧化物半导体有源层因为光照和刻蚀而造成的破坏，进而改善了TFT器件的性能，提高了整个基板的良品率，降低了生产成本。

针对以上TFT阵列基板，本发明实施例提供一种TFT阵列基板的制造方法。

为制造图3所示的TFT阵列基板的方法，参照图4，图5A-图5G进行说明，

如图4所示，该步骤包括：

S401、在透明基板上形成栅极金属薄膜。

如图5A所示，在TFT的制作过程中，栅极金属薄膜31多为采用磁控溅射的方法来制备，电极材料根据不同的器件结构和工艺要求可以进行选择，通常被采用的栅线金属有Mo，Mo-Al-Mo合金，Mo/Al-Nd/Mo叠成结构的电极、Cu以及金属钛及其合金等。

S402、对栅极金属薄膜进行构图工艺，形成栅极金属层。

如图5B所示，通过湿法刻蚀的方式，对栅极金属薄膜进行构图工艺后，形成栅极金属层，该栅极金属层包括栅极31a、栅线和栅线引线31b。

S403、在栅极金属层上形成栅绝缘层。

如图5C所示，通过工艺成膜前清洗（Pre-clean），通过等离子体增强化学汽相淀积（PECVD）法，在带有栅极金属层的基板上制备栅绝缘层32，其材料应用比较广泛，如二氧化硅（SiO₂）薄膜，氮化硅薄膜（SiN_x），氮氧化硅薄膜（SiO_xN_y），氧化铝（Al₂O₃）薄膜，TiO_x薄膜以及复合的多层结构的薄膜。

S404、对栅绝缘层进行表面处理。

在TFT的制备过程中，栅绝缘层32表面的特性对整个TFT的特性的影响起着非常重要的作用，在氧化物薄膜晶体管中尤其显现的更为重要。通常的处理的方法是，采用等离子进行处理或者进行表面修饰。

S405、在形成栅绝缘层的透明基板上形成半导体薄膜。

如图5D所示，在形成栅绝缘层32的透明基板30上形成半导体薄膜，薄膜晶体管制作最为关键的环节就是氧化物半导体有源层的制作，主要的制作方法有磁控溅射沉积（Sputter）以及溶液法等，氧化物半导体可以是铟镓锌氧化物（IGZO），铟镓锡氧化物（IGTO），铟锌氧化物（IZO）等或者几种不同氧化物材料按照不同比例的配合物。

S406、通过构图工艺形成氧化物半导体有源层。

如图5E所示，主要通过湿法刻蚀或者干法刻蚀对半导体薄膜进行构图工艺，形成氧化物半导体有源层33，因工艺要求不同可以选择不同的刻蚀方法。

S407、形成刻蚀阻挡薄膜。

如图5F所示，在氧化物半导体有源层33上直接形成刻蚀阻挡薄膜，其材料因不同的厂家针对各自的工艺要求的不同而不同，通常需要用如SiO_x、SiN_x，SiO_xN_y、Al₂O₃、TiO_x等无机绝缘材料，其目的就是为了减少在数据线金属层图形化的过程中，对半导体薄膜造成伤害。

其中，刻蚀阻挡薄膜覆盖形成所述氧化物半导体有源层之后的整个透明基板。

S408、对刻蚀阻挡薄膜采用过孔连接工艺进行图形化。

在完成上述S407刻蚀阻挡薄膜制备过程之后，通过过孔连接工艺对刻蚀阻挡薄膜进行图形化，如图5G所示，形成刻蚀阻挡层34。

需要说明的是，该过孔连接工艺中用来刻蚀刻蚀阻挡层的掩膜板与以往工艺过程中所提到的刻蚀阻挡层的掩膜板有所不同，本发明中的刻蚀阻挡层的掩膜板是一种过孔工艺过程，通过该掩膜板将数据线引线与栅线引线接触的刻蚀阻挡层区域和栅绝缘层区域（即图5G中37c的区域）以及源、漏极与氧化物半导体有源层接触的刻蚀阻挡层区域（即图5G中37a和37b的区域）刻蚀掉，其他所述刻蚀阻挡层区域保留。

另外，在刻蚀阻挡层图形化处理后，由于刻蚀阻挡层的图形已形成，这就决定了在随后工艺完成后形成的TFT沟道区的长度和宽度。

S409、形成数据线金属层。

首先，沉积一层数据线金属薄膜，一般采用磁控溅射的方法来形成数据线金属层，材料根据不同的器件结构和工艺要求可以进行选择，通常采用的金属有Mo，Mo-Al-Mo合金，Mo/Al-Nd/Mo叠成结构的电极、Cu以及金属钛及其合金，ITO电极，Ti/Al/Ti，Mo/ITO等，厚度一般采用100nm-350nm，令其方块电阻保持在一个相对比较低的水平，在数据线金属层形成后，对其进行构图工艺。通过刻蚀的方法对其进行图形化，一般采用湿法刻蚀的方法对其进行图形化，形成数据线、数据线引线、辅助栅线引线、源极和漏极，其中，辅助栅线引线通过第三过孔直接与栅线引线接触形成双层栅线引线，辅助栅线引线位于该TFT阵列基板的外围布线区域，源极通过该第一过孔和氧化物半导体有源层接触；漏极通过该第二过孔和氧化物半导体有源层接触。

S410、钝化层的形成和过孔工艺。

在源极和漏极图形化之后，在整个平面形成一层钝化层，通常需要用如SiO_x、SiN_x，SiO_xN_y、Al₂O₃、TiO_x等无机绝缘材料，也可以采用有机绝缘层，如树脂材料和亚克力系材料，在钝化层形成之后进行过孔的刻蚀工艺，形成的过孔用于将之后形成的像素电极与漏极接触。

S411、像素电极层的形成及构图。

在过孔形成之后，形成像素电极层，并通过湿法刻蚀的方法对其进行构图工艺，其材料现在广为采用的铟锡氧化物，最终形成如图3所示的TFT阵列基板。

这样，在不增加工序的情况下，通过采用过孔连接工艺对刻蚀阻挡层进行刻蚀，使得该刻蚀阻挡层覆盖形成该半导体有源层之后的整个透明基板，这样，除与第一过孔和第二过孔相接触的氧化物半导体有源层部分外，其余部分均覆盖有刻蚀阻挡层，避免了该氧化物半导体有源层因为光照和刻蚀而造成的破坏，进而改善了TFT器件的性能，提高了整个基板的良品率，降低了生产成本。

同时本发明提供一种显示器件，所述显示器件，包含以上所述的TFT阵列基板，具体可以是液晶显示器、OLED显示器、有源电子纸显示器及其它使用上述阵列基板的显示装置。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种薄膜晶体管阵列基板的制造方法，其特征在于，包括：

在透明基板上依次形成栅极金属层、栅绝缘层，其中，栅极金属层包括：栅极、栅线和栅线引线；所述栅绝缘层覆盖所述栅极；

在形成有栅绝缘层的透明基板上沉积半导体薄膜，并通过构图工艺形成半导体有源层，在形成有半导体有源层的透明基板上沉积刻蚀阻挡薄膜，所述刻蚀阻挡薄膜为刻蚀阻挡层，其中，所述刻蚀阻挡层覆盖形成所述半导体有源层之后的整个透明基板；

采用过孔连接工艺在所述刻蚀阻挡层上形成第一过孔和第二过孔，

形成露出所述栅线引线的第三过孔；

继续在所述刻蚀阻挡层上形成数据线金属层、钝化层和像素电极层；其中，所述数据线金属层包括数据线、数据线引线、薄膜晶体管的源、漏极以及辅助栅线引线，所述源极通过所述第一过孔和所述半导体有源层接触，所述漏极通过所述第二过孔和所述半导体有源层接触，所述钝化层覆盖所述数据线金属层，所述像素电极层位于所述钝化层上；所述辅助栅线引线通过所述第三过孔与所述栅线引线跳层接触。

2.一种通过权利要求1所述的薄膜晶体管阵列基板的制造方法制造获得的薄膜晶体管阵列基板，包括：透明基板以及形成在所述透明基板上的栅极金属层、栅绝缘层、半导体有源层、刻蚀阻挡层、数据线金属层、钝化层和像素电极层，其中，栅极金属层包括:栅极、栅线和栅线引线，数据线金属层包括：所述薄膜晶体管的源极和漏极、以及数据线和数据线引线；其特征在于，所述栅绝缘层覆盖所述栅极，所述半导体有源层位于所述栅绝缘层上，

所述刻蚀阻挡层覆盖所述半导体有源层，且在所述刻蚀阻挡层上形成有第一过孔和第二过孔；

所述薄膜晶体管的源极通过所述第一过孔和所述半导体有源层接触，所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二过孔和所述半导体有源层接触；所述刻蚀阻挡层覆盖形成所述半导体有源层之后的整个透明基板；

所述数据线金属层还包括：位于栅线引线上方的辅助栅线引线，所述辅助栅线引线通过第三过孔与所述栅线引线跳层接触。

3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管阵列基板，其特征在于，所述半导体有源层材料为氧化物材料。

4.一种显示器件，其特征在于，包含权利要求2或3所述的薄膜晶体管阵列基板。