CN104950490A - 一种薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

一种薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法。其第一金属层用以定义薄膜晶体管的栅极，栅极绝缘层形成于第一金属层的上方，非晶硅层位于栅极绝缘层的上方，第二金属层用以定义薄膜晶体管的源极和漏极，第一绝缘层位于栅极绝缘层的上方，平坦层位于第一绝缘层的上方。第一导电层位于平坦层的上方，第三金属层位于第一导电层的上方，第二绝缘层设置在第一导电层和第三金属层的上方，第二导电层设置在第二绝缘层的上方且具有不同于第一和第二预设图案的第三预设图案。相比于现有技术，本发明可连续沉积第一导电层和第三金属层并对其进行图案化，因此减少了光罩PEP数量，进而降低制程成本和增加产能。

Description

一种薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管液晶显示装置的制造技术，尤其涉及一种可减少PEP(Photo Etching Process，黄光蚀刻制程)数量的薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法。
背景技术
在现有技术中，薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，TFT-LCD)包括下基板、形成于下基板上的薄膜晶体管、与下基板相对设置的上基板、形成于上基板上的彩色滤光层(诸如红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片)、以及密封于上下两基板间的空隙的液晶层。薄膜晶体管的作用相当于一个开关管。一般来说，首先在玻璃基板上制作半导体层，该半导体层的两端有与之相连接的源极(Source)和漏极(Drain)，然后通过栅极绝缘层和半导体层相对设置有栅极(Gate)，从而利用施加于栅极的电压来控制源极和漏极之间的电流大小。
另一方面，当今市场上的触控面板可分为外挂式(on-cell)和内嵌式(in-cell)两种：外挂式是将触控感测器制作于彩色滤光片的表面，将触控感应器加上玻璃做成触控面板模组，然后再与薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面板模组贴合。内嵌式是将触控感测器制作于面板结构中，直接把触控感应器置于薄膜晶体管液晶显示器面板模组中，触控功能整合于显示器内，不必再外挂触控面板，因此其厚度也较外挂式触控面板轻而薄。
现有的内嵌式触控面板的一种设计结构是顶层为共通电极层，其采用PEP1～PEP10予以实现，即，依次形成第一金属层、栅极绝缘层、非晶硅层、第二金属层、第一绝缘层、平坦层、像素电极层、第二绝缘层、第三金属层、第三绝缘层和共通电极层。该结构利用新增设的第三金属层作为面板内部的触控感测器。由于在像素电极层与共通电极层之间存在两个绝缘层，其厚度之和将高达3000埃。另一种设计结构是顶层为像素电极层，其也采用PEP1～PEP10予以实现，即，依次形成第一金属层、栅极绝缘层、非晶硅层、第二金属层、第一绝缘层、平坦层、共通电极层、第二绝缘层、第三金属层、第三绝缘层和共通电极层。由于上述两种结构所使用的PEP数量较多，导致制程成本较高，产出下降。
有鉴于此，如何构思一种新的内嵌式触控面板的制程与设计，或对现有的解决方案予以改进，从而降低成本和增加产能，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中的内嵌式触控面板所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法。
依据本发明的一个方面，提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，包括以下步骤：
形成一第一金属层于一基板上，该第一金属层经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极；
形成一栅极绝缘层于所述第一金属层的上方；
形成一非晶硅层于所述栅极绝缘层的上方且与所述栅极正对设置；
形成一第二金属层于所述非晶硅层的上方，该第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极；
形成一第一绝缘层于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极；
形成一平坦层于所述第一绝缘层的上方；
依次沉积一第一导电层和一第三金属层于该平坦层的上方；
对所述第一导电层和所述第三金属层进行图案化处理；
形成一第二绝缘层于图案化的所述第一导电层和所述第三金属层的上方；以及
形成一图案化的第二导电层于所述第二绝缘层的上方。
在其中的一实施例，所述第一导电层为像素电极，所述第二导电层为共通电极。
在其中的一实施例，所述第一导电层为共通电极，所述第二导电层为像素电极。
在其中的一实施例，所述像素电极经由接触孔(contact hole)电性连接至所述薄膜晶体管的漏极。
在其中的一实施例，上述对所述第一导电层和所述第三金属层进行图案化处理的步骤还包括：提供一预设图案的光刻胶层；对所述第一导电层和所述第三金属层进行一次蚀刻(first etching)；采用半调光罩(half tone)对像素区中的一部分光刻胶层进行灰化(ashing)；对所述第一导电层和所述第三金属层进行二次蚀刻(second etching)；以及剥离剩余的所述光刻胶层。
在其中的一实施例，上述依次沉积一第一导电层和一第三金属层于该平坦层的上方的步骤之前还包括：形成一第三绝缘层于所述平坦层与所述第一导电层之间。
依据本发明的另一个方面，提供了一种薄膜晶体管液晶显示装置，包括：
一第一金属层，位于一基板的上方，所述第一金属层经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极；
一栅极绝缘层，位于所述第一金属层的上方；
一非晶硅层，位于该栅极绝缘层的上方且与栅极正对设置；
一第二金属层，位于所述非晶硅层的上方，所述第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极；
一第一绝缘层，位于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极；
一平坦层，位于所述第一绝缘层的上方；
一第一导电层，位于所述平坦层的上方，该第一导电层具有一第一预设图案；
一第三金属层，位于所述第一导电层的上方，该第三金属层具有不同于所述第一预设图案的一第二预设图案；
一第二绝缘层，设置在所述第一导电层和所述第三金属层的上方；以及
一第二导电层，设置在所述第二绝缘层的上方，该第二导电层具有一第三预设图案，所述第三预设图案不同于所述第一预设图案和所述第二预设图案。
在其中的一实施例，该第一导电层为像素电极和共通电极其中之一者，该第二导电层为像素电极和共通电极其中之另一者。
在其中的一实施例，该薄膜晶体管液晶显示装置还包括一第三绝缘层，设置于所述第一导电层与所述平坦层之间。
在其中的一实施例，所述第三金属层还保留于像素区的接触孔(contacthole)区域，且位于所述第一导电层与所述第二绝缘层之间。
采用本发明的薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法，第一金属层形成于基板的上方且用以定义薄膜晶体管的栅极，栅极绝缘层形成于第一金属层的上方，非晶硅层位于该栅极绝缘层的上方且与栅极正对设置，第二金属层位于非晶硅层的上方且用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极，第一绝缘层位于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极，平坦层位于第一绝缘层的上方，第一导电层位于平坦层的上方且具有第一预设图案，第三金属层位于第一导电层的上方且具有不同于第一预设图案的第二预设图案，第二绝缘层设置在第一导电层和第三金属层的上方，第二导电层设置在第二绝缘层的上方且具有不同于第一预设图案和第二预设图案的第三预设图案。相比于现有技术，本发明的薄膜晶体管液晶显示装置不仅利用内嵌式触控面板增加了产品附加值，而且在制造过程中可连续沉积第一导电层和第三金属层并对其进行图案化，因此可减少PEP数量，进而降低制程成本和增加产能。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出现有技术中的一种薄膜晶体管液晶显示装置的结构示意图；
图2示出现有技术中的另一种薄膜晶体管液晶显示装置的结构示意图；
图3示出依据本发明的一实施方式，可减少PEP数量的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法的流程框图；
图4示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第一实施例的结构示意图；
图5A～图5M示出图4的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程的分解示意图；
图6A示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第二实施例的结构示意图；
图6B示出图6A的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程中，对第一导电层和第三金属层进行一次蚀刻时的状态示意图；
图7示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第三实施例的结构示意图；
图8示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第四实施例的结构示意图；
图9A～9M示出图8的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程的分解示意图；以及
图10示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第五实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出现有技术中的一种薄膜晶体管液晶显示装置的结构示意图。参照图1，现有的薄膜晶体管液晶显示装置(thin film transistor liquid crystaldisplay，TFT-LCD)包括第一金属层100、栅极绝缘层102、非晶硅层、第二金属层、第一绝缘层108、平坦层110、像素电极层(pixel electrode layer)112、第二绝缘层114、第三金属层116、第三绝缘层118和共通电极层(common electrode layer)120。其中，第一金属层100用以定义薄膜晶体管的栅极，第二金属层用以定义薄膜晶体管的源极104和漏极106。
如前文所述，该结构可利用新增设的第三金属层116作为面板内部的触控感测器，从而实现薄膜晶体管液晶显示装置的内嵌式触控功能。由于在像素电极层112与共通电极层120之间存在两个绝缘层，即，第二绝缘层114和第三绝缘层118。例如，第二绝缘层114的厚度为第三绝缘层118的厚度为则两个绝缘层的厚度之和将高达3000埃。然而，整个制程将增加两道光罩，由PEP 8变为PEP 10，这将导致制程成本较高，产出下降。
图2示出现有技术中的另一种薄膜晶体管液晶显示装置的结构示意图。类似于图1，图2的薄膜晶体管液晶显示装置(thin film transistor liquidcrystal display，TFT-LCD)包括第一金属层100、栅极绝缘层102、非晶硅层、第二金属层、第一绝缘层108、平坦层110、共通电极层(common electrodelayer)120、第二绝缘层114、第三金属层116、第三绝缘层118和像素电极层(pixel electrode layer)112。同样，整个制程将增加两道光罩，由PEP8变为PEP 10，这将导致制程成本较高，产出下降。
为了克服现有技术的上述缺陷，本申请揭示了一种薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法。图3示出依据本发明的一实施方式，可减少PEP数量的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法的流程框图。
参照图3，在该制造方法中，首先执行步骤S101，形成一第一金属层于一基板上，该第一金属层经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极。接着执行步骤S103，形成一栅极绝缘层于第一金属层的上方。在步骤S105中，形成一非晶硅层于栅极绝缘层的上方且与栅极正对设置。然后执行步骤S107，形成一第二金属层于非晶硅层的上方，该第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极。
再接下来，于步骤S109中，形成一第一绝缘层于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极。然后执行步骤S111，形成一平坦层于第一绝缘层的上方。接着，在步骤S113，依次沉积一第一导电层和一第三金属层于该平坦层的上方，并对所沉积的第一导电层和第三金属层进行图案化处理。在步骤S115中，形成一第二绝缘层于图案化的第一导电层和第三金属层的上方。最后执行步骤S117，形成一图案化的第二导电层于第二绝缘层的上方。
图4示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第一实施例的结构示意图。图5A～图5M示出图4的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程的分解示意图。
参照图4，在该实施例中，本发明的薄膜晶体管液晶显示装置包括第一金属层202、栅极绝缘层204、非晶硅层206、第二金属层、第一绝缘层208、平坦层210、第一导电层(first conductive layer)212、第三金属层214、第二绝缘层216和第二导电层218(second conductive layer)。在此，第一导电层为图案化的像素电极层，其具有第一预设图案。第三金属层具有不同于第一预设图案的第二预设图案。第二导电层为图案化的共通电极层，其具有不同于第一预设图案和第二预设图案的第三预设图案。
以下结合图5A至图5M详细描述上述薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程。首先，形成一第一金属层202于一基板200上，该第一金属层202经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极(如图5A)。接着，形成一栅极绝缘层204于第一金属层202的上方，并形成一非晶硅层206于栅极绝缘层204的上方且与栅极正对设置(如图5B)。然后，形成一第二金属层于非晶硅层206的上方，该第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极S和漏极D，且在薄膜晶体管的源极和漏极之间具有一沟道H(如图5C和图5D所示)。在图5E中，形成一第一绝缘层208于该栅极绝缘层204的上方并覆盖该源极和该漏极。接着，形成一平坦层(planarization layer，PL)210于第一绝缘层208的上方(如图5F)。在图5G中，依次沉积一第一导电层212和一第三金属层214于该平坦层210的上方。从图5G可知，在像素区中，第一导电层212通过接触孔(contact hole)电性耦接至薄膜晶体管的漏极。
在图5H～5K中，对第一导电层212和第三金属层214进行图案化处理。具体来说，参照图5H，提供一预设图案的光刻胶层PR。在图5I中，对第一导电层212和第三金属层214进行一次蚀刻(first etching)。在图5J中，采用半调光罩(half tone)对像素区中的一部分光刻胶层进行灰化(ashing)。参照图5K，对第一导电层212和第三金属层214进行二次蚀刻(secondetching)，然后剥离(stripping)剩余的光刻胶层PR。在图5L中，形成一第二绝缘层216于图案化的第一导电层212和第三金属层214的上方。最后，形成一图案化的第二导电层218于第二绝缘层216的上方(如图5M)。由上述可知，相比于现有技术，本发明能够连续地沉积第一导电层和第三金属层并对其进行图案化，因此可减少PEP数量，进而降低制程成本和增加产能。
在一具体实施例，薄膜晶体管可为非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)、低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)或铟镓锌氧化物材质的薄膜晶体管。
图6A示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第二实施例的结构示意图。图6B示出图6A的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程中，对第一导电层和第三金属层进行一次蚀刻时的状态示意图。
将图6A与图4进行比较，其主要区别是在于，在图6A的薄膜晶体管液晶显示装置中，第三金属层214还保留于像素区的接触孔(contact hole)区域，且位于第一导电层212与第二绝缘层216之间。这是因为，考虑到光刻胶层可能会有部分流动特性，而接触孔对应位置的光阻厚度较难控制，则接触孔区域可不使用半调光罩方式而直接保留第三金属层214，如图6B所示。
图7示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第三实施例的结构示意图。
将图7与图4进行比较，其主要区别是在于，图7的薄膜晶体管液晶显示装置还包括第三绝缘层220，设置于平坦层210与第一导电层212之间。藉由该第三绝缘层220，可避免采用半调光罩对像素区中的一部分光刻胶层进行灰化时对平坦层210造成损伤。
图8示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第四实施例的结构示意图。图9A～9M示出图8的薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程的分解示意图。
将图8与图4进行比较，其主要区别是在于，图4的薄膜晶体管液晶显示装置的第一导电层为像素电极，第二导电层为共通电极；而图8的薄膜晶体管液晶显示装置的第一导电层为共通电极，第二导电层为像素电极。
以下结合图9A至图9M详细描述上述薄膜晶体管液晶显示装置的制造过程。首先，形成一第一金属层202于一基板200上，该第一金属层202经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极(如图9A)。接着，形成一栅极绝缘层204于第一金属层202的上方，并形成一非晶硅层206于栅极绝缘层204的上方且与栅极正对设置(如图9B)。然后，形成一第二金属层于非晶硅层206的上方，该第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极S和漏极D，且在薄膜晶体管的源极和漏极之间具有一沟道H(如图9C和图9D所示)。在图9E中，形成一第一绝缘层208于该栅极绝缘层204的上方并覆盖该源极和该漏极，并形成一平坦层(planarization layer，PL)210于第一绝缘层208的上方。在图9F中，依次沉积一共通电极层218和一第三金属层214于该平坦层210的上方。
在图9G～9K中，对共通电极层218和第三金属层214进行图案化处理。具体来说，参照图9G，提供一预设图案的光刻胶层PR。在图9H中，对共通电极层218和第三金属层214进行一次蚀刻(first etching)。在图9I中，采用半调光罩(half tone)对一部分光刻胶层进行灰化(ashing)。参照图9K，对共通电极层218和第三金属层214进行二次蚀刻(second etching)，然后剥离(stripping)剩余的光刻胶层PR。在图9L中，形成一第二绝缘层216于图案化的共通电极层218和第三金属层214的上方。最后，形成一图案化的像素电极层212于第二绝缘层216的上方(如图9M)。由上述可知，相比于现有技术，本发明能够连续地沉积第一导电层和第三金属层并对其进行图案化，因此可减少PEP数量，进而降低制程成本和增加产能。
图10示出采用图3的制造方法形成的薄膜晶体管液晶显示装置的第五实施例的结构示意图。
参照图10，类似于图7，图10的薄膜晶体管液晶显示装置还包括一第三绝缘层220，设置于平坦层210与共通电极层218之间。藉由该第三绝缘层220，可避免采用半调光罩对像素区中的一部分光刻胶层进行灰化时对平坦层210造成损伤。
采用本发明的薄膜晶体管液晶显示装置及其制造方法，第一金属层形成于基板的上方且用以定义薄膜晶体管的栅极，栅极绝缘层形成于第一金属层的上方，非晶硅层位于该栅极绝缘层的上方且与栅极正对设置，第二金属层位于非晶硅层的上方且用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极，第一绝缘层位于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极，平坦层位于第一绝缘层的上方，第一导电层位于平坦层的上方且具有第一预设图案，第三金属层位于第一导电层的上方且具有不同于第一预设图案的第二预设图案，第二绝缘层设置在第一导电层和第三金属层的上方，第二导电层设置在第二绝缘层的上方且具有不同于第一预设图案和第二预设图案的第三预设图案。相比于现有技术，本发明的薄膜晶体管液晶显示装置不仅利用内嵌式触控面板增加了产品附加值，而且在制造过程中可连续沉积第一导电层和第三金属层并对其进行图案化，因此可减少PEP数量，进而降低制程成本和增加产能。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
形成一第一金属层于一基板上，该第一金属层经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极；
形成一栅极绝缘层于所述第一金属层的上方；
形成一非晶硅层于所述栅极绝缘层的上方且与所述栅极正对设置；
形成一第二金属层于所述非晶硅层的上方，该第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极；
形成一第一绝缘层于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极；
形成一平坦层于所述第一绝缘层的上方；
依次沉积一第一导电层和一第三金属层于该平坦层的上方；
对所述第一导电层和所述第三金属层进行图案化处理；
形成一第二绝缘层于图案化的所述第一导电层和所述第三金属层的上方；以及
形成一图案化的第二导电层于所述第二绝缘层的上方。
2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述第一导电层为像素电极，所述第二导电层为共通电极。
3.根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述第一导电层为共通电极，所述第二导电层为像素电极。
4.根据权利要求2或3所述的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，所述像素电极经由接触孔电性连接至所述薄膜晶体管的漏极。
5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，上述对所述第一导电层和所述第三金属层进行图案化处理的步骤还包括：
提供一预设图案的光刻胶层；
对所述第一导电层和所述第三金属层进行一次蚀刻；
采用半调光罩对像素区中的一部分光刻胶层进行灰化；
对所述第一导电层和所述第三金属层进行二次蚀刻；以及
剥离剩余的所述光刻胶层。
6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其特征在于，上述依次沉积一第一导电层和一第三金属层于该平坦层的上方的步骤之前还包括：
形成一第三绝缘层于所述平坦层与所述第一导电层之间。
7.一种薄膜晶体管液晶显示装置，其特征在于，该薄膜晶体管液晶显示装置包括：
一第一金属层，位于一基板的上方，所述第一金属层经蚀刻用以定义薄膜晶体管的栅极；
一栅极绝缘层，位于所述第一金属层的上方；
一非晶硅层，位于该栅极绝缘层的上方且与栅极正对设置；
一第二金属层，位于所述非晶硅层的上方，所述第二金属层经蚀刻用以定义该薄膜晶体管的源极和漏极；
一第一绝缘层，位于该栅极绝缘层的上方并覆盖该源极和该漏极；
一平坦层，位于所述第一绝缘层的上方；
一第一导电层，位于所述平坦层的上方，该第一导电层具有一第一预设图案；
一第三金属层，位于所述第一导电层的上方，该第三金属层具有不同于所述第一预设图案的一第二预设图案；
一第二绝缘层，设置在所述第一导电层和所述第三金属层的上方；以及
一第二导电层，设置在所述第二绝缘层的上方，该第二导电层具有一第三预设图案，所述第三预设图案不同于所述第一预设图案和所述第二预设图案。
8.根据权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示装置，其特征在于，所述第一导电层为像素电极和共通电极其中之一者，所述第二导电层为像素电极和共通电极其中之另一者。
9.根据权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示装置，其特征在于，还包括一第三绝缘层，设置于所述第一导电层与所述平坦层之间。
10.根据权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示装置，其特征在于，所述第三金属层还保留于像素区的接触孔区域，且位于所述第一导电层与所述第二绝缘层之间。
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CN112185248A (zh) * 2019-07-05 2021-01-05 瀚宇彩晶股份有限公司 像素结构

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