CN1275084C - 液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法。具有矩阵衬底的液晶显示装置包括：衬底；设在衬底上的栅极线和数据线，栅极线和数据线彼此交叉并限定象素区；与栅极线和数据线电性连接的薄膜晶体管；和位于象素区内与漏极相连的象素电极。所述晶体管包括与栅极线相连的栅极，处在栅极上方并与数据线相连的源极，与源极相隔一定距离的漏极，和半导体层，所述半导体层带有处于栅极上方的有源层和第一延伸部分，在有源层和第一延伸部分之间的边界上，第一延伸部分被漏极完全覆盖，其中第一延伸部分设置在栅极上方。

Description

液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法
本申请要求2002年8月27日申请的第P2002-050837号韩国专利申请的权益，该申请在本申请中以引用的形式加以结合。
技术领域
本发明涉及一种液晶显示装置，更确切地说，涉及液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法。尽管本发明适用的应用范围很广，但是其特别适用于最大限度地减小因薄膜晶体管中的瑕疵而引起的点缺陷。
背景技术
液晶显示(LCD)装置是利用液晶的光学各向异性和偏振特性来驱动的。通常，LCD装置包括两个彼此相隔一定间距并彼此相对的衬底，和置于两个衬底之间的液晶层。每个衬底包括彼此相对的电极，其中施加到每个电极上的电压在电极之间感应出垂直于衬底的电场。通过改变所加电场的强度或方向可以使液晶层的液晶分子取向发生变化。因此，LCD装置是通过根据液晶分子的分布改变光透过液晶材料层的透射率来显示图象的。LCD装置具有极佳的光透射性和孔径比。
称之为有源矩阵型LCD(AM-LCD)装置的LCD装置具有很高的分辨率和快速移动的图像，所以这种包含矩阵式薄膜晶体管和象素电极的LCD装置获得了广泛应用。
图1是按照现有技术所述液晶显示装置的放大的透视图。图1中，LCD装置具有彼此相隔一定间距并彼此相对设置的第一和第二衬底5和10，和设在第一和第二衬底5和10之间的液晶层11。
第一衬底5包括黑色矩阵6，滤色器层7，和随后设置在滤色器层表面上的透明公用电极9。黑色矩阵6上具有开口，滤色器层7对应于黑色矩阵6的开口，并且滤色器层包括红(R)、绿(G)和蓝(B)三种色彩的子滤色器。
在第二衬底10的内表面上形成栅极线14和数据线26，其中栅极线14和数据线26彼此交叉形成多个象素区P，并且在每条栅极线14和数据线26的交会处形成薄膜晶体管T。薄膜晶体管T由栅极、源极和漏极构成。在象素区P内并对应于子滤色器形成与薄膜晶体管T相连的透明象素电极32。此外，还可以用例如氧化铟锡(ITO)等透光导电材料制作象素电极32。第二衬底10一般称作矩阵衬底。
由于薄膜晶体管的工作情况对于LCD装置很重要，所以应提高薄膜晶体管的特性。例如，因为流过薄膜晶体管沟道的电流正比于沟道长度与沟道宽度之比，因此，可以通过缩短晶体管的沟道长度和加宽沟道宽度来增加电流。
图2是现有技术所述液晶显示装置的矩阵衬底的平面图，而图3是图2中“A”区的放大平面图。在图2和图3中，在衬底10上沿第一方向形成多条相互间隔一定距离的第一栅极线14，和沿第二方向形成多条与栅极线14交叉的数据线26，交叉的栅极线和数据线构成象素区P。在栅极线14和数据线26的交会处形成起开关元件作用的薄膜晶体管T。薄膜晶体管T由与栅极线14相连接并接收扫描信号的多个栅极12、与数据线26相连并接收数据信号的多个源极22和与源极22相隔一定距离的漏极24构成。薄膜晶体管T进一步包括设在栅极12和源极22以及漏极24之间的半导体层18。
在象素区P中形成透明象素电极32，透明象素电极32与漏极24相连。象素电极32与栅极线14重叠以形成存储电容器。
在此，源极22和漏极24在栅极12的上方彼此相隔一定距离。从数据线26上延出的源极22为U形，并围住漏极24的一部分。漏极24可以包括被源极22环绕的第一部分和位于象素电极32上的第二部分。第一部分为棒状，第二部分大于第一部分。
因此，源极22和漏极24之间的沟道CH为U形，并且因为沟道的长度L较短而沟道的宽度W较宽，所以流过沟道的电流增加。
同时，半导体层18由栅极12上方的有源层18a、漏极24下方的第一延伸部分18b、和数据线26下方的第二延伸部分18c构成。
半导体层18的第一延伸部分18b在由栅极12的一侧伸向漏极24的第二部分时迅速变窄。因此，半导体层18的第一延伸部分18b暴露在栅极12外侧的区域B内。由于半导体18具有暴露部分，所以会在为形成源极22和漏极24的图形而进行蚀刻时，使漏极24断开。
图4A-4C和图5A-5C表示制作现有技术所述矩阵衬底方法的工序步骤。图4A-4C是取自图2中线IV-IV处的剖面图，图5A-5C是取自图3中线V-V处的剖面图。
在图4A和图5A中，通过沉积和形成第一金属层图形在衬底10上形成栅极12和与栅极12连接的栅极线14。栅极线14和栅极12由例如铝(Al)、铝和钕的铝合金(Nd)、钼(Mo)、钨(W)和铬(Cr)等金属材料制成。栅极线14和栅极12可以用铝或铝合金和钼或铬制成双层结构。
为了最大限度地减小RC延迟，而广泛使用具有较低电阻的铝作为栅极线14和栅极12的材料。然而，由于在生产过程中铝很容易受酸性物质的腐蚀并在后面的工序中在高温条件下出现蚀丘，从而导致栅极线14断开，所以可以用包含铝的合金或双层结构形成栅极线14和栅极12。
在带有栅极线14和栅极12的衬底10上通过沉积诸如氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)等无机绝缘材料，或是通过涂敷诸如苯并环丁烯(BCB)和丙烯酸树脂等有机绝缘材料形成栅极绝缘层16。
随后，在栅极12上方的栅极绝缘层16上形成半导体层18和掺杂质的半导体层20c。半导体层18用非晶硅制作，而掺杂质的半导体层20c用掺杂质的非晶硅制作。
如图4B和5B所示，通过沉积和形成第二金属层图形来形成数据线26、源极22和漏极24。数据线26、源极22和漏极24可以用上述金属材料制作。除去图4A所示掺杂质的半导体层20c中暴露在源极22和漏极24之间的部分以形成欧姆接触层20。如上所述，半导体层18由栅极12上方的有源层18a、漏极24下方的第一延伸部分18b、和数据线26下方的第二延伸部分18c构成。欧姆接触层20由对应于漏极24的第一部分20a和对应于数据线26和源极22的第二部分20b构成。
尽管图中没有示出，但是源极22为U形，漏极24具有呈棒形的第一部分和大于第一部分的第二部分。源极22围绕漏极24的第一部分。半导体层18的第一延伸部分18b在由栅极12的一侧伸向漏极24的第二部分时迅速变窄，而且，半导体层18的第一延伸部分18b暴露在快速变窄区B内漏极24的两侧。在暴露第一延伸部分18b的区域B内，具有金属图形。具体地说，将漏极24设置在区域B内的半导体层18的上方。在形成源极22和漏极24的图形后，在区域B内可能会残留蚀刻剂，而且由于有残留的蚀刻剂，所以能够会导致漏极24断开。
同时，在数据线26所处的区域内，半导体层18的第二延伸部分18c形成阶梯，以此可防止蚀刻剂流到数据线26的下面。因此，数据线几乎不会受蚀刻剂的影响而且也不会断开。
接着，如图4C和5C所示，在包含源极22和漏极24的衬底10上通过涂敷诸如苯并环丁烯(BCB)和丙烯酸树脂等透明有机材料或通过沉积诸如氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)等无机材料形成钝化层28。钝化层28形成一定图形并形成暴露漏极24的漏极接触孔30。在钝化层28上的象素区P内通过沉积诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)等透明导电材料并使透明导电材料形成一定图形来形成象素电极32。象素电极32通过漏极接触孔30与漏极24相连。
然而，在包含上述矩阵衬底的LCD装置中，由于在暴露半导体层的区域中存在蚀刻剂，所以可能会使漏极断开。
发明内容
因此，本发明目的在于提供一种液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法，其基本上克服了因现有技术的局限和缺点而引导致的一个或多个问题。
本发明的另一个目的是提供一种能防止信号中断的液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法。
本发明的再一个目的是提供一种能提高装置生产率的液晶显示装置的矩阵衬底及其制作方法。
本发明的其它特征和优点将在下面的说明中给出，其中一部分特征和优点可以从说明中明显得出或是通过本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和其它优点。
为了得到这些和其它优点并根据本发明的目的，作为概括性的和广义的描述，本发明所述具有矩阵衬底的液晶显示装置包括衬底；设在衬底上的栅极线和数据线，栅极线和数据线彼此交叉并形成象素区；与栅极线和数据线电性连接的薄膜晶体管；和处于象素区内并与漏极相连的象素电极；所述晶体管包括与栅极线相连的栅极，处在栅极上方并与数据线相连的源极，与源极相隔一定距离的漏极，和半导体层，所述半导体层带有处于栅极上方的有源层和第一延伸部分，在有源层和第一延伸部分之间的交界处，第一延伸部分被漏极完全覆盖，其中第一延伸部分设置在栅极上方。
按照本发明的另一方面，一种制作具有矩阵衬底的液晶显示装置的方法包括：在衬底上形成栅极线；形成与栅极线交叉和限定象素区的数据线；形成与栅极线和数据线相连的薄膜晶体管；所述薄膜晶体管带有与栅极线相连接的栅极，处于栅极上方并与数据线相连接的源极，与源极相隔一定距离的漏极，和半导体层，该半导体层带有处于栅极上方的有源层以及第一延伸部分，在有源层和第一延伸部分之间的交界处第一延伸部分被漏极完全覆盖，其中第一延伸部分设置在栅极上方；和在象素区内形成与漏极电性相连的象素电极。
按照本发明的另一方面，一种制作具有矩阵衬底的液晶显示装置的方法包括：在衬底上形成栅极线和栅极；在栅极线和栅极上形成栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成半导体层，半导体层带有处于栅极上方的有源层和第一延伸部分，其中在与有源层相邻的边界上将第一延伸部分设置在栅极上方，在半导体层上形成数据线、源极和与源极相隔一定距离的漏极，数据线与栅极线交叉并限定象素区；源极设在栅极上方并与数据线相连，漏极在第一延伸部分和有源层之间的边界上完全覆盖半导体层的第一延伸部分，在数据线、源极和漏极上形成钝化层，在钝化层上的象素区内形成象素电极，象素电极与漏极相连。
很显然，上面的一般性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求作进一步解释。
附图说明
本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施例并与说明书一起解释本发明的原理。
附图中：
图1是按照现有技术所述液晶显示装置的放大透视图；
图2是按照现有技术所述液晶显示装置的矩阵衬底的平面图；
图3是图2中区域“A”的放大的平面图；
图4A-4C表示制作现有技术所述矩阵衬底的方法的工序步骤，而且这些图是取自图2中线IV-IV处的剖面图；
图5A-5C表示制作现有技术所述矩阵衬底的方法的工序步骤，而且这些图是取自图3中线V-V处的剖面图；
图6是按照本发明所述液晶显示装置中矩阵衬底的平面图；
图7是图6中区域“D”放大的平面图；
图8A-8C表示制作本发明所述液晶显示装置矩阵衬底的方法的工序步骤，而且这些图是取自图6中线VIII-VIII处的剖面图；和
图9A-9C表示制作本发明所述液晶显示装置矩阵衬底的方法的工序步骤，而且这些图是取自图7中线IX-IX处的剖面图。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的实施例，所述实施例的实例示于附图中。在所有附图中将尽可能地用相同的参考标记表示相同或相似的部件。
图6是按照本发明所述液晶显示装置矩阵衬底的平面图，而图7是图6中区域“D”的放大平面图。在图6和图7中，在衬底100上沿第一方向形成多条栅极线104，和沿第二方向形成多条与每条栅极线104交叉并限定象素区P的数据线116。在栅极线104和数据线116的每个交会处形成起开关元件作用的薄膜晶体管。薄膜晶体管由与栅极线104相连并接收扫描信号的栅极102、与数据线116相连并接收数据信号的源极112、和与源极112相隔一定间距的漏极114构成。薄膜晶体管进一步包括设在栅极102和源极112以及漏极114之间的半导体层108。
在象素区P内形成象素电极124，该电极与漏极114相连。象素电极124与栅极线104重叠，从而形成存储电容器。
在此，源极112和漏极114在栅极102的上方彼此相隔一定距离。更具体地说，源极112从数据线116上延伸出来，并且呈U形。漏极114具有由源极112围绕的第一部分和与象素电极124重叠的第二部分。第一部分为棒形，而第二部分大于第一部分。因此，源极112和漏极114之间的沟道为U形，并且由于沟道的长度L较短而沟道的宽度较宽，所以流过沟道的电流增加。
同时，半导体层108包括处于栅极102上方的有源层108a，处于漏极114下方的第一延伸部分108b，和处于数据线116下方的第二延伸部分108c。第一和第二延伸部分108b和108c改善了半导体层108和数据线116之间以及半导体层108和漏极114之间的接触特性，而且也可以将这两部分除去。
尽管图中未示出，但是可以在半导体层108和源极及漏极112和114之间形成欧姆接触层。
与有源层108a邻接的半导体层108的第一延伸部分108b在通过栅极102的一侧伸向漏极114的第二部分时迅速变窄。第一延伸部分108b上迅速变窄的部分位于栅极的上方。然后，在栅极102外侧的区域E内，半导体层108的第一延伸部分108b完全被漏极114覆盖，从而使蚀刻剂不能渗入到半导体层108和漏极114之间。因此，可以防止漏极114断开。在此，在第一延伸部分108b和有源层108a(即，区域E)之间的交界处，漏极114的宽度范围为约4.5μm-约5.6μm，而半导体层108第一延伸部分108b的宽度K在约2.8μm-约3.4μm的范围内。
图8A-8C和图9A-9C表示制作本发明所述液晶显示装置矩阵衬底的方法的工序步骤。图8A-8C是取自图6中线VIII-VIII处的剖面图，而图9A-9C是取自图7中线IX-IX处的剖面图。
在图8A和图9A中，通过沉积和形成第一金属层图形在衬底100上形成栅极线104和栅极102。栅极线104和栅极102由例如铝(Al)、铝和钕的铝合金(Nd)、钼(Mo)、钨(W)和铬(Cr)等金属材料制成。栅极线104和栅极102可以用铝或铝合金和钼或铬制成双层结构。
为了最大限度地减小RC延迟，而广泛使用具有较低电阻的铝制作栅极线104和栅极102。然而，由于在生产过程中铝很容易受酸性物质的腐蚀并在后面的工序中在高温条件下出现蚀丘，从而导致栅极线104断开，所以可用包含铝的合金或双层结构形成栅极线104和栅极102。
在带有栅极线104和栅极102的衬底100上通过沉积诸如氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)等无机绝缘材料，或是通过涂敷诸如苯并环丁烯(BCB)和丙烯酸树脂等有机绝缘材料形成栅极绝缘层106。
随后，在栅极102上方的栅极绝缘层106上依次形成半导体层108和掺杂质的半导体层110c。半导体层108用非晶硅制作，而掺杂质的半导体层110c用掺杂质的非晶硅制作。
如图8B和9B所示，通过沉积和形成第二金属层图形来形成数据线116、源极112和漏极114。数据线116、源极112和漏极114可以用上述金属材料制作。接着，除去图8A所示掺杂质的半导体层110c中暴露在源极112和漏极114之间的部分，由此形成欧姆接触层110。如上所述，半导体层108由栅极102上方的有源层108a、漏极114下方的第一延伸部分108b、和数据线116下方的第二延伸部分108c构成。欧姆接触层110由对应于漏极114的第一部分110a和对应于数据线116和源极112的第二部分110b构成。
尽管图中没有示出，但是源极112为U形，漏极114具有呈棒形的第一部分和大于第一部分的第二部分。源极112围绕漏极114的第一部分。半导体层108的第一延伸部分108b具有与有源层108a邻接的迅速变窄的部分，该部分设置在栅极102上方，而且，漏极114覆盖半导体层108的第一延伸部分108b。因此，半导体层108的第一延伸部分108b没有暴露于栅极102外侧的区域内(即，图9B的区域F)，由此可防止漏极114在图7的区域E中断开。
如图8C和9C所示，在包含源极112和漏极114的衬底100上通过涂敷诸如苯并环丁烯(BCB)和丙烯酸树脂等透明有机材料或通过沉积诸如氮化硅(SiNx)和氧化硅(SiO2)等无机材料形成钝化层120。钝化层120形成一定图形并形成暴露一部分漏极114的漏极接触孔122。接着，在钝化层120上的象素区P内通过沉积诸如氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)等透明导电材料并使透明导电材料形成一定图形来形成象素电极124。象素电极124通过漏极接触孔122与漏极114相连。
在本发明所述LCD装置的矩阵衬底中，可以避免出现引起点缺陷的漏极断路。此外，由于降低了故障率，所以提高了LCD装置的生产率。
对于熟悉本领域的技术人员来说，很显然，在不脱离本发明构思或范围的情况下，可以对本发明的液晶显示装置矩阵衬底及其制作方法做出各种改进和变型。因此，本发明意在覆盖那些落入所附权利要求及其等同物范围内的改进和变型。

Claims (21)

1.一种具有矩阵衬底的液晶显示装置，包括：
一衬底；
设在衬底上的栅极线和数据线，栅极线和数据线彼此交叉并限定象素区；
与栅极线和数据线电性连接的薄膜晶体管，所述晶体管包括：
与栅极线相连的栅极；
处在栅极上方并与数据线相连的源极；
与源极相隔一定距离的漏极；和
半导体层，所述半导体层带有处于栅极上方的有源层和第一延伸部分，在有源层和第一延伸部分之间的交界处，所述第一延伸部分由漏极完全覆盖，其中第一延伸部分设置在栅极上方；和
象素区内的象素电极，该象素电极与漏极相连。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，源极为U形而且源极围绕漏极的一部分。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，漏极的一部分为棒形。
4.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，其进一步包括在半导体层中与数据线对应的第二延伸部分。
5.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，半导体层由非晶硅制成。
6.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，第一延伸部分在其与有源层交界处的宽度比有源层窄。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，第一延伸部分在其与有源层交界处的宽度范围为约2.8μm-约3.4μm。
8.根据权利要求7所述的液晶显示装置，其特征在于，在与有源层交界处完全覆盖第一延伸部分的漏极宽度在约4.5μm-约5.6μm的范围内。
9.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，其进一步包括设在薄膜晶体管的半导体层和源极之间，以及设在半导体层和漏极之间的掺杂质的半导体层。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其特征在于，掺杂质的半导体层由掺杂质的非晶硅制成。
11.一种制作具有矩阵衬底的液晶显示装置的方法，包括：
在衬底上形成栅极线；
形成与栅极线交叉并限定象素区的数据线；
形成与栅极线和数据线相连的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管带有与栅极线相连接的栅极，处于栅极上方并与数据线相连接的源极，与源极相隔一定距离的漏极，和半导体层，该半导体层带有处于栅极上方的有源层以及第一延伸部分，在有源层和第一延伸部分之间的交界处第一延伸部分由漏极完全覆盖，其中第一延伸部分设置在栅极上方；和
在象素区内形成象素电极，所述象素电极与漏极电性相连。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，源极为U形并且环绕漏极的一部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，漏极的一部分为棒形。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括在半导体层中形成与数据线对应的第二延伸部分。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，半导体层由非晶硅制成。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，第一延伸部分在其与有源层交界处的宽度比有源层窄。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，第一延伸部分在其与有源层交界处的宽度范围为约2.8μm-约3.4μm。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在与有源层交界处完全覆盖第一延伸部分的漏极宽度在约4.5μm-约5.6μm的范围内。
19.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括设在薄膜晶体管的半导体层和源极之间，以及设在半导体层和漏极之间的掺杂质的半导体层。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，掺杂质的半导体层由掺杂质的非晶硅制成。
21.一种制作具有矩阵衬底的液晶显示装置的方法，包括：
在衬底上形成栅极线和栅极；
在栅极线和栅极上形成栅极绝缘层；
在栅极绝缘层上形成半导体层，所述半导体层带有处于栅极上方的有源层和第一延伸部分，其中将处于与有源层交界处的第一延伸部分设置在栅极上方；
在半导体层上形成数据线、源极和与源极相隔一定距离的漏极，数据线与栅极线交叉并限定象素区，源极设在栅极上方并与数据线相连，漏极在第一延伸部分和有源层之间的边界上完全覆盖半导体层的第一延伸部分；
在数据线、源极和漏极上形成钝化层；和
在钝化层上的象素区内形成象素电极，象素电极与漏极相连。
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