CN1280667C - 薄膜晶体管液晶显示器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器及其制造方法，利用该制造方法可减少阵列制作的光罩数，其包括下列步骤：沉积一第一金属层于一透明基板上，并定义第一金属层以形成栅极电极与第一电容电极；在上述栅极电极与第一电容电极表面上形成一栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成一半导体层，并定义该半导体层以形成预定的形状；在上述透明基板上沉积一第二金属层，并定义该第二金属层以形成一源极/漏极金属层与第二电容电极；沉积一绝缘层于上述透明基板上；定义该绝缘层、该第二电容电极及栅极绝缘层以形成一接触窗，且此接触窗位于上述第一电容电极的两个相邻电容电极之间；沉积一透明导电层于上述透明基板上；以及形成一黑矩阵区于该接触窗的上方对应区域。

Description

薄膜晶体管液晶显示器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器及其制造方法，特别是涉及一种可减少薄膜晶体管液晶显示器的阵列光罩层数的制造方法。

背景技术

液晶显示器(liquid crystal display，以下简称LCD)是目前被最广泛使用的一种平面显示器，其具有低消耗电功率、薄型轻量以及低电压驱动等特征，可以应用在个人电脑、文书处理器、导航系统、游乐器、投影机、取景器(view finder)以及生活中的手提式机器，例如：手表、电子计算机、电视机等的显示方面。

液晶显示器的显示原理是利用液晶分子所具有的介电异方性及导电异方性，于外加电场时会使液晶分子的排列状态转换，造成液晶薄膜产生各种光电效应。而薄膜晶体管(thin film transistor，以下简称TFT)-LCD即是利用TFT作为主动元件，使其具有低消耗电功率、低电压驱动、薄、轻等优点。

请参考图1A至图1E，图1A至图1E是显示传统薄膜晶体管液晶显示器制作流程的剖面图。首先，如图1A所示将一金属层，如钼/铝-钕合金，沉积于一透明基板21上，再利用一道光蚀刻工艺(微影蚀刻工艺)将该金属层定义形成一栅极电极(gate electrode)22。接着，再在栅极电极22表面上形成一栅极绝缘层23。

然后，如图1B所示，依序在透明基板21上沉积一绝缘层24、一第一半导体层25，如非晶硅(amorphous silicon，以下简称a-Si)层以及一第二半导体层26，如掺杂硅层(n⁺doped amorphous silicon)。之后，定义绝缘层24、第一半导体层25以及第二半导体层26，以形成如图所示的岛状结构。

接着，如图1C所示，在透明基板21上沉积一铝合金层，例如是纯铝金属、铝-铌合金、铝-钕合金、铝-钛合金或铝-硅-铜合金。之后，利用一道光蚀刻工艺，将金属层定义形成一信号线27及一源极/漏极金属层，其中，源极/漏极金属层包括源极电极31与漏极电极32间隔一通道28，并使通道28中的第一半导体层25暴露出来。

然后，如图1D所示，在透明基板21上沉积一保护层34，将整个TFT元件完全包覆盖住，但露出接触窗30，以保护元件免受外界的侵蚀干扰。保护层34例如是氮化硅层。

最后，在透明基板21上沉积一铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)层，并进行光蚀刻工艺，将铟锡氧化物层定义成一信号线区36以及一像素(pixel)区38，如图1E所示。

图2是显示另一种传统薄膜晶体管液晶显示器的剖面图，该剖面图主要显示薄膜晶体管液晶显示器的电容器(capacitor storage)部分。这种传统薄膜晶体管液晶显示器的制作流程需要六道光蚀刻工艺，首先，在一透明基板50上沉积一第一金属层，再利用第一道光蚀刻工艺将该第一金属层定义形成一栅极电极52。之后，在栅极电极52表面上形成一栅极绝缘层54，并利用第二道光蚀刻工艺定义栅极绝缘层54。在栅极绝缘层54上形成一半导体层(未显示)，并利用第三道光蚀刻工艺定义该半导体层。接着，在透明基板50上沉积一第二金属层，再利用第四道光蚀刻工艺，将第二金属层定义形成一源极/漏极金属层56。其次，在透明基板50上依序沉积一保护层58及一平坦层60，将整个TFT元件完全包覆盖住，以保护元件免受外界的侵蚀干扰，之后，进行第五道光蚀刻工艺，定义平坦层60、保护层58以形成一接触窗。最后，在透明基板50上沉积一铟锡氧化物层64，并进行第六道光蚀刻工艺，将铟锡氧化物层64定义成一信号线区以及一像素(pixel)区。

在上述过程后，还包括再进行形成彩色滤光片(color filter)70及形成间隔物(spacer)及液晶(liquid crystal)72的过程。

而由于传统TFT需两道接触窗制作过程，使得现有的TFT制造过程需要多达六道掩膜(mask)并进行多次光蚀刻工艺(photolithographyprocess)，因此会产生低产量、高成本等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种薄膜晶体管液晶显示器及其制造方法，利用该制造方法可以减少阵列制作的光罩数，其包括下列步骤：沉积一第一金属层于一透明基板上，并定义第一金属层以形成栅极电极与第一电容电极，该第一电容电极包含分隔为两个相邻电容电极的区段；在上述栅极电极与第一电容电极表面上形成一栅极绝缘层；在栅极绝缘层上形成一半导体层，并定义半导体层以形成预定的形状；在上述透明基板上沉积一第二金属层，并定义第二金属层以形成一源极/漏极金属层与第二电容电极；沉积一绝缘层于上述透明基板上；定义该绝缘层、该第一电容电极及栅极绝缘层以形成一接触窗，且该接触窗位于所述相邻电容电极之间，其中该第一电容电极与该接触窗未连接；沉积一透明导电层于上述透明基板上；以及形成一黑矩阵区于该接触窗的上方对应区域。

本发明所提出的薄膜晶体管液晶显示器，包括：一透明基板，其上形成有栅极电极与第一电容电极，该第一电容电极包含有分隔为两个相邻电容电极的区段；一栅极绝缘层，形成于上述栅极电极与第一电容电极表面上；一定义成预定形状的半导体层，形成于栅极绝缘层上；一源极/漏极金属层与第二电容电极，形成于该透明基扳上的预定区域；一绝缘层，形成于该源极/漏极金属层上；一接触窗，其穿过该绝缘层、该第二电容电极及该栅极绝缘层并露出所述相邻电容电极之间的透明基板表面，其中该第一电容电极与该接触窗未连接；一透明导电层，形成于透明基板上；以及一黑矩阵区，形成于接触窗的上方对应区域。

本发明的方法可减少光蚀刻工艺的掩蔽(mask)次数，因此可减少制造时间和制造过程所需的设备，增加产量及降低成本；且同时借助电容结构的设计，将第一电容电极形成于接触窗两侧，可避免接触窗过度蚀刻而与第一电容电极产生短路；另外，由于在接触窗上方位置对应形成有黑矩阵区，可避免接触窗周边区域产生漏光。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例并配合附图作详细说明如下：

图1A至图1E为显示传统薄膜晶体管液晶显示器制作流程的剖面图。

图2为显示另一种传统薄膜晶体管液晶显示器的电容器部分结构的剖面图。

图3为显示本发明实施例的薄膜晶体管液晶显示器制作流程的像素布局上视图。

图4A至图4E为显示根据图3的AA’剖面的制作流程剖面图。

具体实施方式

首先，请参照图3，显示了根据本发明实施例的薄膜晶体管液晶显示器结构的像素布局上视图。该薄膜晶体管液晶显示器结构包括一透明基板100；栅极区310；掺杂硅层320；源极/漏极区330；接触区340；铟锡氧化物层350；彩色滤光片上的黑矩阵区360；电容器线370以及栅极线380。

图4A至图4E显示了根据图3的AA’剖面的制作流程剖面图，这些流程剖面图主要显示了薄膜晶体管液晶显示器的电容器部分。首先，如图4A所示，将一第一金属层，如钼/铝-钕合金层，沉积于一透明基板100上，再利用第一道光蚀刻工艺将该第一金属层定义形成一第一电容电极102。

接着，如图4B所示，再在第一电容电极102表面上形成一栅极绝缘层104，例如利用化学气相沉积工艺沉积一氧化物层。之后，在栅极绝缘层104上形成一半导体层(未显示)，如掺杂硅层(n+doped amorphoussilicon)。之后，再利用第二道光蚀刻工艺定义该半导体层。

然后，如图4C所示，在透明基板100上沉积一第二金属层，例如是纯铝金属、铝-铌合金、铝-钕合金、铝-钛合金或铝-硅-铜合金。之后，利用第三道光蚀刻工艺，将第二金属层定义形成一第二电容电极106。

其次，如图4D所示，在透明基板100上依序沉积一绝缘层，如一具有保护功用的保护层108及一用以平坦化的平坦层110，将整个TFT元件完全包覆盖住，以保护元件免受外界的侵蚀干扰。保护层108例如为以化学气相沉积法形成的氧化物层或氮化物层，平坦层110例如为以化学气相沉积法形成的氧化物层。之后，进行第四道光蚀刻工艺，定义平坦层110、保护层108、第二电容电极106及栅极绝缘层104，以形成一接触窗112，且接触窗112位于上述第一电容电极102之间，且第一电容电极102与接触窗112未连接。

最后，如图4E所示，在透明基板100上沉积一透明导电层，如一铟锡氧化物层114，并进行第五道光蚀刻工艺，将铟锡氧化物层114定义成一信号线区以及一像素(pixel)区。

请再参见图4E，本发明实施例尚包括在距离透明基板100的特定距离处形成一彩色滤光片(color filter)120。之后，在彩色滤光片(color filter)120上对应接触窗112的对应区域上形成黑矩阵(black matrix)区122。形成黑矩阵区122的目的是要遮挡边缘区域(edge domain)避免漏光现象。然后，再在透明基板100及彩色滤光片120之间形成间隔物(spacer)及液晶(liquid crystal)124。

如上所述，本发明实施例的薄膜晶体管液晶显示器包括有一透明基板100，其上形成有栅极电极与第一电容电极102，该第一电容电极102包含分隔为两个相邻电容电极的区段；一栅极绝缘层104形成于栅极电极与第一电容电极102表面上；一定义成预定形状的半导体层(未显示)形成于栅极绝缘层104上；一源极/漏极金属层与第二电容电极106形成于透明基板100上的预定区域；一保护层108及一平坦层110形成于源极/漏极金属层与第二电容电极106上；一接触窗112穿过保护层108、平坦层110、第二电容电极106及栅极绝缘层104并露出透明基板100表面；一铟锡氧化物层114形成于透明基板100上；以及一黑矩阵区122形成于接触窗112的上方对应区域。

本发明在蚀刻保护层以形成接触窗的过程中，同时将接触窗的蚀刻过程继续蚀刻至源极/漏极金属层和栅极电极，如此可省略定义栅极绝缘层的光蚀刻工艺/过程。而在电容器区域，电容电极亦对应挖开以避免源极/漏极金属层和铟锡氧化物层间的短路。本发明的方法减少了光蚀刻工艺的掩蔽(mask)次数，因此可减少制造时间和制造过程中所需设备，增加产量及降低成本；且同时通过电容结构的设计，将第一电容电极形成于接触窗两侧，可避免接触窗过度蚀刻而与第一电容电极产生短路；另外，由于在接触窗上方位置对应形成有黑矩阵区，可避免接触窗周边区域产生漏光。

虽然本发明已以较佳实施例的方式说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可作出各种改进或变化，这些均应属于本发明的保护范围。

附图标记说明

100～透明基板；310～栅极区；320～掺杂硅层；330～源极/漏极区；340～接触区；350～铟锡氧化物层；360～黑矩阵区；370～电容器线；380～栅极线；102～第一电容电极；104～栅极绝缘层106～第二电容电极；108～保护层；110～平坦层；112～接触窗；114～铟锡氧化物层；120～彩色滤光片；122～黑矩阵区；124～间隔物及液晶。

Claims (9)

1、一种薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

沉积一第一金属层于一透明基板上，并定义该第一金属层，以形成栅极电极与第一电容电极，该第一电容电极包含分隔为两个相邻电容电极的区段；

在上述栅极电极与第一电容电极表面上形成一栅极绝缘层；

在该栅极绝缘层上形成一半导体层，并定义该半导体层以形成预定的形状；

在该透明基板上沉积一第二金属层，并定义该第二金属层以形成一源极/漏极金属层与第二电容电极；

沉积一绝缘层于该透明基板上；

定义该绝缘层、该第二电容电极及该栅极绝缘层以形成一接触窗，且该接触窗位于所述相邻电容电极之间，其中该第一电容电极与该接触窗未连接；

沉积一透明导电层于该透明基板上；以及

形成一黑矩阵区于该接触窗的上方对应区域。

2、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，该第一金属层为钼/铝—钕合金层。

3、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，该第二金属层为纯铝金属、铝—铌合金、铝—钕合金、铝—钛合金或铝—硅—铜合金。

4、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，该栅极绝缘层通过利用化学气相沉积工艺沉积一氧化物层的方式形成。

5、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，该绝缘层为利用化学气相沉积工艺沉积一氧化物层或氮化物层的方式形成。

6、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示器的制造方法，其特征在于，更包括：

在距离该透明基板的一特定距离处形成一彩色滤光片；以及

在该彩色滤光片上的一对应该接触窗的对应区域上形成一黑矩阵区。

7、一种薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于，包括：

一透明基板，其上形成有栅极电极与第一电容电极，该第一电容电极包含有分隔为两个相邻电容电极的区段；

一栅极绝缘层，其形成于上述栅极电极与第一电容电极表面上；

一定义成预定形状的半导体层，其形成于该栅极绝缘层上；

一源极/漏极金属层与第二电容电极，其形成于该透明基板上的预定区域；

一绝缘层，其形成于该源极/漏极金属层上；

一接触窗，其穿过该绝缘层、该第二电容电极及该栅极绝缘层并露出所述相邻电容电极之间的透明基板表面，其中该第一电容电极与该接触窗未连接；

一透明导电层，其形成于该透明基板上；以及

一黑矩阵区，其形成于该接触窗的上方对应区域。

8、如权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于，该栅极电极为钼/铝—钕合金。

9、如权利要求7所述的薄膜晶体管液晶显示器，其特征在于，该源极/漏极金属层为纯铝金属、铝—铌合金、铝—钕合金、铝—钛合金或铝—硅—铜合金。

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