CN1154490A - 薄膜晶体管的液晶显示装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在薄膜晶体管的LCD装置中，包括一作为转换装置的薄膜晶体管，它具有其上施加有驱动电压的栅极以及源/漏极，当驱动电压施加在栅极上时形成一沟道并因此而被导通；还具有一数据线，该数据线以一预定间隔与源极分隔且在此被绝缘，并与漏极相连接。通过介入一存储器电极，它能覆盖数据线和栅线，位于像素电极的下面部分并且由能够切断数据线和像素电极之间以及栅线和像素电极之间的光线的导电材料所构成，该存储器电极将该数据线和该像素电极，以及该栅线和该像素电极隔断以便使产生于其间的寄生电容最小化。

Description

薄膜晶体管的液晶显示装置及其制造方法

本发明涉及一种薄膜晶体管的液晶显示装置(下文称作LCD)及其制造方法，它能够增加孔径比例并且能提高图像质量。

常规地，薄膜晶体管的LCD装置包括上部板和下部板，液态晶体密封在它们之间。下部板包括用于控制薄膜晶体管导通/截止的栅线；用于施加图像信号的数据线；用于提高液晶外加电压的保持特性、稳定灰度显示及减少闪烁和残留图像效应的存储电极；用于切断光源的黑矩阵；以及一像素电极。上部板具有一公用电极；一用于切断光源的黑矩阵以及形成于此的RGB滤波器。

在设计薄膜晶体管LCD装置的像素时，为了实现极佳的图像质量，表示穿透光的面积与像素的整个面积之比率的孔径比例必须提高。由位于数据线和像素电极之间的电容耦合所引起的串扰产生的液晶电压变动(ΔV_P)、由于有源层的电阻性能而产生的漏电流的出现所引起的液晶电压变量，以及由数据线和栅线所引起的液晶倾斜必须被最小化，这些将更加详细地描述。

首先，孔径比例是表示穿透光的面积与像素的整个面积的比率，并且在组成薄膜晶体管的LCD装置的元件中不能够通过光线的元件包括薄膜晶体管，栅线，数据线，存储电容器，以及黑矩阵，因此，为了提高孔径比例，降低孔径比例的元件的总面积必须减少。

减少上述面积的方法包括：一种将降低孔径比例的元件的线宽进行减小，并且通过设计一种减小由电容耦合所引起的串扰和定位公差的制造工艺来进行分隔的方法；一种重叠使用降低孔径比例部分的方法(例如，使用黑矩阵来代替存储电容器的电极)；以及一种由光线能够穿过的材料来组成降低孔径比例部分的材料的方法。

其次，为了减小液晶电压的变动(ΔV_P)，该变动由电容耦合所引起的串扰及由数据线和栅线所引起的液晶倾斜而产生，可以推荐一种扩大每个元件的所占空间和电切断各个元件的方法，但是，由于孔径比例会因此而减小一般不采用前者。

图1是表示根据常规技术的薄膜晶体管LCD装置中的一个像素的结构平面图。在该像素中，包括一公用电极41和一连接至该像素电极的存储电极43的存储电容器占据一大块面积，结果降低了孔径比例。

图2A和2B是该薄膜晶体管LCD装置的剖面图，该LCD装置被设计成能够通过使用黑矩阵形成一存储电容来减小位于数据线和像素电极之间的电容耦合，以便解决孔径比例的降低问题。

如图2A中的布局所示，在A′边，形成漏极61和源极63以在有源层56的两边缘组成一薄膜晶体管，其中有源层56的一预定部分被栅线51所覆盖；而在A边形成了与漏极61相连接的数据线65和其预定部分被源极63的预定部分所覆盖的像素电极59，并且它们被存储器电极53所切断。

图2B是图2A中沿线AA′所切断的纵向剖面图。如该图所示，薄膜晶体管的LCD装置包括栅线51，它是由一种金属材料淀积于一衬底(未示出)上后再图形化所形成的；一存储器电极53，它是由能够屏蔽光线的导体材料以与栅极51相隔一预定间隔的方式淀积于衬底上后再图形化形成的；一第一绝缘膜55，用于将栅极51和存储器电极53与上部结构绝缘；一有源层56，它是通过将非晶硅(a-Si)施加在位于栅极上的所述第一绝缘膜55上后再图形化而形成的；抗蚀刻膜57，用于防止在接下来形成漏极和源极63的蚀刻过程中有源层遭到蚀刻，所述形成漏极和源极63的蚀刻过程为在所述有源层56形成后的所得结构上淀积预定厚度的第二绝缘膜之后，通过在该第二绝缘膜上形成一光蚀刻掩模并蚀刻该第二绝缘膜；一漏/源接触部分58，58′，在抗蚀刻膜57形成之后通过施加其中掺杂有杂质的非晶硅于整个所得表面上并且使用掩模来蚀刻该所得表面，接触部分58，58′则形成于有源层56的两个边缘；一像素电极59，在整个所得表面上淀积一预定厚度的透明导电材料(比如，ITO)之后通过进行构图该像素电极59的预定部分被存储器电极53所覆盖；一漏极61，在有源层56以及像素电极形成于此的整个所得表面上淀积导电材料之后，通过进行构图所形成的漏极61与位于图中有源层56的左边的漏区58相连接；一源极63，其预定部分与位于有源层56右边的源极接触部分58以及像素电极59的预定部分相连接；和一数据线65，在位于存储器电极53上的第一绝缘膜55上面淀积导电材料之后，通过实行构图，所形成的数据线65以一预定的间隔与像素电极59分隔开。

在此，如图2A中所示，由于与像素电极59相重叠，存储器电极53产生一电容，并且通过预定部分将像素电极59和数据线65切断，因为造成了在此产生的寄生电容的值的减小。

尽管如此，在具有上述结构的薄膜晶体管的LCD装置的情况下，由于必须保持一预定间隔70以便数据线65和像素电极59不会被短路，因此在小尺寸像素的情形下孔径比例被降低。如图2A中所示，由于存储器电极53不能完全地将数据线65和像素电极59切断，因此由位于数据线65和像素电极59之间的寄生电容所产生的串扰不能完全被消除，另外，因为存在于栅线51和像素电极59之间的寄生电容所引起的串扰被产生，因而会导致图像质量的下降。

图3A是显示另一个薄膜晶体管LCD装置的平面图，其中薄膜晶体管具有一依据常规技术所分布的ITO屏蔽电容器。通过将存储器电极和像素电极选置于数据线的上面部分，尤其是通过使用透明ITO以形成该存储器电极，孔径比例已经提高了更多。

更详细地描述，在图2A中，像素电极59和存储器电极53相重叠的部分并不包括在孔径面积69中，但是在图3中，可以看出因为像素电极93和存储器电极89相重叠的部分也被用作为光线能够通过的孔径面积97，所以孔径比例被提高。

也就是说，如图3B所示，LCD装置包括一栅极71，它是通过在衬底上(未示出)淀积金属材料之后再图形化而构成的；一第一绝缘膜73，用来将栅极71与上部结构绝缘；一有源层75，它是在形成于栅极71上的第一绝缘膜73上面施加非晶硅(a-Si)后再图形化而构成的；抗蚀刻膜77，用于防止在接下来形成漏极和源极83的蚀刻过程中有源层遭到蚀刻，所述形成漏极和源极83的蚀刻过程为在所述有源层75形成后的所得结构上淀积预定厚度的第二绝缘膜之后，通过在该第二绝缘膜上形成的光蚀刻掩模并蚀刻该第二绝缘膜；一漏/源接触部分79，79′，在抗蚀刻膜77形成之后通过施加其中掺杂有杂质的非晶硅于整个所得的表面上并且通过使用掩模来蚀刻该膜，接触部分79，79′形成于有源层75的两个边缘；一漏极81，在施加导电材料于漏/源接触部分79，79′形成之后的整个所得表面上以后，通过使用预定的掩模进行构图工艺，所形成的漏极81与位于图中有源层75左边的漏极接触部分79相连接；一源极83，它被形成与位于有源层75右边的源极接触部分79′相连接；一数据线85，它形成于A侧并以一预定间隔和源极83分隔开；一第三绝缘膜87，用来将漏极81，源极83和数据线85与上部结构绝缘；一存储器电极89，在ITO以具有一预定厚度淀积于该第三绝缘87上面之后，通过进行构图工艺形成于数据线85的上面部分；一第四绝缘膜91，用来将该存储器电极89与上面结构绝缘；和一像素电极93，在蚀刻该第三和第四绝缘膜87，91并且进行构图工艺之后，通过淀积一预定厚度的ITO，所形成的像素电极93既与源极83相连接又与存储器电极89相重叠。

在图3中的薄膜晶体管LCD装置的情形下，通过在数据线上形成包含有ITO的存储器电极并在此之上迭置包含有ITO的像素电极，除了与数据线和源极相重叠的部分，所有像素电极部分都被用作为孔径面积以提高孔径比例，但是由于淀积了两层比绝缘膜具有更低的光透射率的ITO，因而导致了光透射率的降低。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的薄膜晶体管LCD装置，通过使用能切断光线并能完全隔断数据线和像素电极的导电材料来形成存储器电极，并且应用该存储器电极来形成栅线和像素电极，该装置能够提高孔径比例，防止串扰并因此而消除液晶倾斜以提高图像质量。

本发明的另一目的在于提供一种改进的薄膜晶体管LCD装置的制造方法，它能够有效地制造薄膜晶体管LCD装置。

为了达到上述目的，在薄膜晶体管的LCD装置中，选用作为转换装置的薄膜晶体管，它具有其上施加驱动电压的栅极和源/漏极，当驱动电压施加在栅极上时通过形成一沟道被导通，而且晶体管还包括一数据线，该数据线以一预定间隔与源极分隔开且在此被绝缘，并被形成以与漏极相连接。改进部分还包括一存储器电极，它能完全覆盖数据线和栅线，并且位于像素电极的下面部分以切断数据线和像素电极之间以及栅线和像素电极之间的光线。

为了达到另一目的，在薄膜晶体管LCD装置中，选用作为转换装置的薄膜晶体管，它具有其上施加有驱动电压的栅极和源/漏极，当驱动电压施加在栅极上时通过形成一沟道被导通，而且还包括一数据线，该数据线以一预定间隔与源极分隔且在此被绝缘，并被形成以与漏极相连接，用于薄膜晶体管LCD装置的改进制造方法包括：通过在具有在此形成的源/漏极和数据线结构的整个表面上淀积一绝缘材料，形成一第一绝缘膜；在对应于栅极的部分上面以及在数据线和薄膜晶体管的上部分上形成一存储器电极；在所得的整个表面上通过淀积绝缘材料形成一第二绝缘膜；和通过有选择性地蚀刻该第一或第二绝缘膜形成一接触部分以便使源极的一预定部分被暴露并且在所得的整个表面上淀积一ITO以及构造该ITO层来形成一像素电极，它覆盖源区和数据线的一预定区域。

通过下文给出的以及对附图的详细说明，本发明将会被更充分地理解，其中所给定的附图仅仅用作为说明性质，因而并不限定于本发明的范围，其中：

图1是显示依据常规技术的薄膜晶体管LCD装置的平面图；

图2A是显示依据常规技术的具有屏蔽电容器的薄膜晶体管LCD装置的平面图，和图2B是图2A中沿线AA′切断的纵向剖面图；

图3A是显示另一个依据常规技术的具有ITO屏蔽电容器的衍膜晶体管LCD装置的平面图，和图3B是图3A中沿线AA′切断的纵向剖面图；

图4A是显示依据本发明的薄膜晶体管LCD装置的平面图，和图4B是图4A中沿线AA′切断的纵向剖面图；和

图5A至5J是显示依据本发明的薄膜晶体管LCD装置的制造方法的纵向剖面图。

参照附图，本发明将被更详细地描述。

如图4A所示，一种依据本发明的薄膜晶体管LCD装置，在其具有下部板的情形下，包括一存储器电极121它由能够切断光线的材料构成以被用作为黑矩阵，并且该存储器电极121能将像素电极125和数据线117以及像素电极125和栅线101完全隔断以防止由寄生电容所引起的串扰并且消除由数据线117和栅线101所引起的液晶倾斜，上部板包括一公用电极和一色彩滤波器。

也就是说，如图4B所示，下部板中的薄膜晶体管(TFT)边缘包括一栅线101；一第一绝缘膜103，用来将栅线101与上部结构绝缘；一有源层105，它是由在形成于栅线101上面的该第一绝缘膜103之上的非晶硅或是多晶硅所组成的；源/漏极113，114，形成于源/漏接触部分109，109′之上，位于有源层105的两个边缘；一第二绝缘膜119，它被形成以覆盖漏极113的整个表面和源极115的一预定部分；形成于该第二绝缘膜119上面的存储器电极121；和一第三绝缘膜123，它形成于该存储器电极121的上表面。除去TFT以外的其余部分包括数据线117，它被形成以与漏极113相连接；该第二绝缘膜119，它形成于数据线117的上面；该存储器电极121，它形成于数据线117的上面部分以及栅线101和TFT的上面部分；一第三绝缘膜123，它形成于包括该第二绝缘膜119和该存储器电极121的结构的整个表面上；和一像素电极125，它的一预定部分与源极115相连接，并且被形成以覆盖栅线101的一预定部分和数据线117的整个表面，在此，存储器电极121同样亦可用作为黑矩阵。

参照图5A至5J，将更详细地描述薄膜晶体管LCD装置的制造方法。

首先，如图5A所示，导电材料以具有一预定厚度淀积于半导体衬底100之上，其中衬底100由玻璃或石英组成，光敏抗蚀剂涂敷于导电材料上，然后对光敏抗蚀剂进行构图以形成光蚀刻掩模，于是，通过使用该光蚀刻掩模来蚀刻该导电材料即可形成栅线101。

如图5B和5C中所示，在栅线101形成之后，导电材料淀积于所得的整个表面以形成第一绝缘膜103，然后多晶硅或者是非晶硅以一预定厚度被施加在该第一绝缘膜103上面，于是，使用与图5A中相同的方法，形成预定厚度的光蚀刻掩模，并且通过使用该掩模来蚀刻该硅层，在栅线101的区域内，有源层105即形成于该第一绝缘膜103上。

如图5D所示，在有源层105形成之后，在整个所得表面上淀积一预定厚度的氮化硅(SiN)以作为绝缘材料，并且在该氮化硅层上面形成一预定的光蚀刻掩模。通过使用该掩模来蚀刻该氮化硅，在形成漏极113的蚀刻工艺过程以及形成源极115的后续工艺过程中，抗蚀刻膜107被形成以防止有源层105被蚀刻。

如图5E所示，在抗蚀刻膜107形成之后，通过施加其中掺杂有杂质的硅于所得的整个表面上并且使用预定的光蚀刻掩模来蚀刻该硅质，漏/源接触部分109，109′即被形成以便与有源层105的两个边缘相接触。

如图5F所示，在接触部分109，109′形成之后，通过施加导电材料于所得的整个表面之上并且通过使用预定的光蚀刻掩模来对所淀积的导电材料层进行构图，则分别与有源层105的边缘以及漏/源接触部分109，109′相接触的漏/源极113，115和数据线117即被形成，其中数据线117以一预定间隔与源极115分隔开。

如图5G和5H所示，在数据线117形成之后，在所得的整个表面上通过淀积一具有一预定厚度的绝缘材料，该第二绝缘膜119即被形成，于是，能够切断光线的导电材料即被淀积在该第二绝缘膜119上，并且在该导电材料上形成一光蚀刻掩模，通过使用该掩模来蚀刻该淀积的导电材料层，存储器电极121形成于对应于栅线101的部分上面以及形成在该第二绝缘膜119和对应于数据线117而分布的TFT的上面。

如图5I和5J所示，在该存储器电极121形成之后，通过在所得的整个表面上淀积具有一预定厚度的绝缘材料即可形成该第三绝缘材料123，并且一预定厚度的光蚀刻掩模形成于该第三绝缘膜123上。通过使用该掩模有选择性地蚀刻该第三或是第二绝缘材料123或者119，一接触部分被形成以便使源区115的一预定部分被暴露，并且在所得的整个表面上淀积ITO以形成像素电极125，该像素电极125通过接触部分与源极115相接触，并覆盖栅线101和数据线117的预定部分。

依据本发明，如附图所示，本发明可以采用顶栅类型(TG)，亦可选用底栅类型(BG)，即如图5A至5J所示。

正如以上详细描述，依据本发明，通过介入一由能够切断在数据线和像素电极以及栅线和像素电极之间的光线的导电材料所组成的存储器电极，该存储器电极能够将数据线和像素电极，以及栅线和像素电极完全隔断以将产生于它们这间的寄生电容最小化，因而防止了由该寄生电容所引起的串扰，并且在通过增加孔径比例却不降低光透射率的情况下，能获得一高级的图像质量。

尽管已经对本发明的优选实施方案做了说明性的揭示，本领域技术人员会理解各种改进，添加以及替换都是允许的，但均不脱离如所附权利要求书中所阐述的本发明的范围和精神。

Claims (2)

1.一种薄膜晶体管LCD装置，选用作为转换装置的薄膜晶体管，它具有其上施加有驱动电压的栅极和源/漏极，当驱动电压施加在栅极上时通过形成一沟道被导通，并且还包括一数据线，该数据线以一预定间隔与源极分隔开且在此被绝缘，并被形成以与漏极相连接，其特征在于该改进装置还包括：

一存储器电极，它能完全覆盖数据线和栅线，并且位于像素电极的下面部分用来切断数据线和像素电极之间以及栅线和像素电极之间的光线。

2.一种薄膜晶体管LCD装置，选用作为转换装置的薄膜晶体管，它具有其上施加有驱动电压的栅极和源/漏极，当驱动电压施加在栅极上时通过形成一沟道被导通，并且还包括一数据线，该数据线以一预定间隔与源极分隔开且在此被绝缘，并被形成以与漏极相连接，这种薄膜晶体管LCD装置的制造方法，其特征在于包括：

在具有所述源/漏极以及在此形成的所述数据线的结构的整个表面上淀积一绝缘材料以形成一第一绝缘膜；

在对应于所述栅极的部分上面以及在所述数据线和所述薄膜晶体管的上部分上面形成一存储器电极；

在所得的整个表面上通过淀积绝缘材料形成一第二绝缘膜；和

通过有选择性蚀刻所述第一或是第二绝缘膜来形成一接触部分以便使所述源极的一预定部分被暴露，然后在所述所得的整个表面上淀积一ITO并且对所述ITO进行构图来形成一像素电极，该像素电极能覆盖所述源区和所述数据线的一预定区域。

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