CN1304896C - 薄膜晶体管液晶显示器面板的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜晶体管液晶显示器面板的制作方法，包括下列步骤：首先于一基板上定义出一扫描线、一与扫描线不相接触的数据线段以及一栅极，接着沉积一介电层、一半导体层以及一高掺杂半导体层以形成有源区域，然后蚀刻出一接触洞，再沉积一透明导电层以连接扫描线两侧的数据线段，并蚀刻出像素电极、源极与漏极，最后再形成一保护层并曝露该像素电极。

Description

薄膜晶体管液晶显示器 面板的制作方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，TFT-LCD)面板的制作方法，特别是涉及一种扫描线及数据线位于同一平面，藉此避免扫描线/数据线交错区域短路的TFT-LCD面板制作方法。

背景技术

随着电子资讯产业的蓬勃发展，液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的应用范围以及市场需求也不断在扩大，从小型产品，如电子血压计，到可携带式资讯产品，如个人数位助理(PDA)、笔记型电脑(notebook)，以至于未来非常可能商业化的大画面显示器，均可见到液晶显示器被广泛应用于其上。由于液晶显示器的结构非常薄膜晶体管液晶显示器时，扫描线与数据线交错区域或是薄膜晶体管往往容易发生无法预期的制程或人为因素而使得液晶显示器产品最后产生点缺陷或线缺陷。

请参考图1，图1为现有TFT-LCD的部分布局上视图。现有技术是利用五道光刻工艺(PEP)于一透明玻璃基板上形成TFT-LCD 10。如图1所示，现有技术中TFT-LCD的扫描线18以及数据线36则是定义于不同平面，且垂直交错于一交错(cross over)区14。薄膜晶体管源极32是电性连接于数据线36，薄膜晶体管漏极34需另外透过一介层洞(via hole)41(于现有的第四道PEP制程中形成)与像素电极42电连接。

请参考图2A至2E，图2A至2E为现有制作TFT-LCD的剖面示意图。如图2A所示，现有制作TFT-LCD面板的方法是先在玻璃基板11的表面上沉积一第一金属层，接着进行一第一光刻工艺，以于玻璃基板11的表面上分别于晶体管区12形成一栅极电极16以及一通过交错区14的扫描线18。

如图2B所示，接着在玻璃基板11上依次沉积一栅极绝缘层(gateinsulator)22以及一半导体层(semiconductor layer)24与一高掺杂半导体层(heavily doped semiconductor laver)26。接着进行一第二光刻工艺蚀刻掉晶体管区12之外的掺杂半导体层及半导体层，以形成薄膜晶体管的有源区域。

如图2C所示，随后在掺杂半导体层和栅极绝缘层上方沉积一第二金属层，并进行一第三光刻工艺来定义第二金属层的图案，以于晶体管区12中形成薄膜晶体管的源极(source)32、漏极(drain)34，并同时定义形成一通过交错区14的数据线36(data line)。

如图2D所示，随后于玻璃基板11上方沉积一由氧化硅或氮化硅所构成的保护层38，并进行一第四光刻工艺，去除部分位于薄膜晶体管44的漏极34上方的保护层38，以于保护层38中形成一直达漏极34表面的介层洞41，并暴露出部分的漏极34。

如图2E所示，最后于玻璃基板11上方全面形成一由氧化铟锡(indiumtin oxide，ITO)或是氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)所构成的透明导电层40，并进行一第五光刻工艺，以形成一与薄膜晶体管14的漏极34电性连接的像素电极(pixel electrode)42。

由上可知，现有TFT-LCD面板的制作方法乃采数据线36与扫描线18上下交错配置于不同平面的架构。此外，现有TFT-LCD面板的制作方法中，因为需要进行五次黄光暨蚀刻程序，因此薄膜晶体管液晶显示器非常容易因为各种缺陷而影响生产良率，而且当所生产的液晶面板尺寸越来越大时，此种问题将会更形严重。尤其是数据线36与扫描线18同时通过的交错区14以及晶体管区12附近，常会因为位于下层的扫描线18或栅极电极16的平台(taper)形状不够良好、扫描线18或栅极线条(gate line)的底切(under cut)现象、金属喷出(metal eruption)现象以及半导体层24与栅极绝缘层22中存在不预期的污染微粒(particle)等因素，于沉积第二金属层之后，产生扫描线18与数据线36的短路(gate-signal short)现象。由上述可知，传统TFT-LCD面板的制作技术不论在制作步骤、制程良率以及产品构造上均未臻理想，而尤待进一步克服改善。

因此，在TFT-LCD面板的设计上，如何降低沉积或蚀刻制程的次数，以避免上述扫描线与数据线短路等问题，以维持一定的生产良率，便成为制作TFT-LCD面板时的重要课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示器(Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)的制作方法，该TFT-LCD面板的扫描线及数据线是定义于同一平面，可避免扫描线/数据线交错区发生短路现象。此外，本发明TFT-LCD面板的制作方法不需沉积一第二金属层，因此可以简化制程步骤，明显提高制程效能以及成品率。

在本发明的最佳实施例，先提供一基板，该基板包括至少一像素区域、一用来形成一薄膜晶体管(TFT)的晶体管区以及一扫描线/数据线交错区，首先于该基板的表面上沉积一金属层，进行一第一光刻工艺(photo-etching-process，PEP)，于该基板表面同时定义扫描线及与扫描线不相接触的数据线，并于该晶体管区域内形成该薄膜晶体管的栅极(gate)，然后依次沉积一栅极绝缘层(gate insulator)、一半导体层(semiconductor layer)与一高掺杂半导体层(heavily doped semiconductor layer)，接着进行一第二光刻工艺，去除该晶体管区之外的半导体层及高掺杂半导体层，以形成薄膜晶体管的有源区域(active region)。然后进行一第三光刻工艺，于栅极绝缘层中形成接触洞(contact hole)，曝露出部分扫描线两侧的数据线，接着沉积一透明导电层(transparent conducting laver)，并填满该接触洞以跨接扫描线两侧的数据线。再进行一第四光刻工艺，以形成像素电极(pixel electrode)、源极(source)、漏极(drain)，并连接数据线与源极，最后于基板上沉积一保护层，并进行第五次光刻工艺，以暴露像素电极。

在根据本发明的薄膜晶体管液晶显示器面板的制作方法中，所述金属层可以为一多层复合金属结构，且构成该多层金属结构的材料含有铝或以铝为主要成分的合金、铜或以铜为主要成分的合金。

在根据本发明的薄膜晶体管液晶显示器面板的制作方法中，所述半导体层可以为非晶硅层、多晶硅层或单晶硅层。

由于本发明的液晶显示器制作方法，是将扫描线以及数据线置于同一平面，亦即于第一次光刻工艺时，即同时定义出扫描线及与扫描线不相接触的数据线，再利用透明导电层加以跨接数据线，如此不仅可减少一次金属沉积制程，更可避免交错区域中的短路问题，进一步提升生产良率。

附图说明

图1为现有TFT-LCD的部分布局上视图。

图2A至E为现有制作TFT-LCD的剖面示意图。

图3为本发明TFT-LCD的部分布局上视图。

图4A至E为本发明制作TFT-LCD的剖面示意图。

图5为本发明与现有技术的TFT-LCD制程的流程比较图。

附图符号说明

10TFT-LCD系统                    11玻璃基板

12晶体管区                       14交错区

16栅极电极                       18扫描线

22栅极绝缘层                     24半导体层

26高掺杂半导体层                 32源极

34漏极                           36数据线

38保护层                         40透明导电层

41介层洞                         42像素电极

100TFT-LCD系统                   101玻璃基板

102扫描线                        104数据线

106栅极电极                      108漏极

110源极                          112接触洞区

114像素电极                      116晶体管区

118交错区                        122金属层

124栅极绝缘层                    126半导体层

128高掺杂半导体层                130透明导电层

132保护层                        138接触洞

501沉积第一金属层                502第一道光刻工艺

503依次沉积栅极绝缘层/半导体层/高掺杂半导体层

504第二道光刻工艺

505沉积第二金属层                506第三道光刻工艺

507沉积保护层                    508第四道光刻工艺

509沉积透明导电层                510第五道光刻工艺

521沉积第一金属层                522第一道光刻工艺

523依次沉积栅极绝缘层/半导体层/高掺杂半导体层

524第二道光刻工艺

525第三道光刻工艺

526沉积透明导电层              527第四道光刻工艺

528沉积保护层                  529第五道光刻工艺

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明TFT-LCD系统100的布局上视图。本发明方法是利用一五次光刻工艺于透明玻璃基板101(图3未显示)上形成TFT-LCD系统100，且基板101有可能为一石英基板或是一塑胶基板。如图3所示，本发明的特色在于TFT-LCD的扫描线102及数据线104是位于同一平面，两者垂直配置但在交错区118内不相接触，而是利用一如图中L型透明导电层130透过接触洞138加以跨接，L型透明导电层130并电连接至薄膜晶体管的源极110。像素电极114直接与薄膜晶体管的漏极108电连接，不经过任何接触洞。此处，像素电极114与L型透明导电层130是由同一层透明导电材料所定义出来者。

请参考图4A至4E，图4A至4E为依据本发明一较佳实施例的TFT-LCD面板制程的剖面示意图。如图4A所示，首先在玻璃基板101的表面上全面沉积一金属层，接着进行一第一光刻工艺，以于玻璃基板的表面定义该金属层，以分别形成复数条扫描线102(位于区域118内)、多个与扫描线不相接触的不连续的数据线段(data line section or data line strip)104(位于区域112内)，以及一栅极电极106(位于区域116内)。栅极电极106是连接于与其相对应的一扫描线。各个数据线段104是位于两相邻的扫描线之间，与同一平面的扫描线正交配置(见图3)。以下为方便说明，将区域116称为晶体管区，区域112称为接触洞区，而区域118称为交错区。在后续制程中，位于一扫描线两侧的数据线段104将藉由一通过交错区118的透明导电层以及接触洞互相电连接，以形成扫描线与数据线阵列。其中该金属层可为一单层金属层或为一多层复合金属层。若是前者，则构成该金属层的材料为包括铬、钼或钨钼合金。若是后者，则构成该双层复合金属的材料第一层为铝或铝合金，第二层包含钛、铬及钼的合金层，或钨钼合金层。

如图4B所示，接着在玻璃基板101上依次沉积一栅极绝缘层(gateinsulator)124、一半导体层(semiconductor layer)126以及一高掺杂半导体层(heavily doped semiconductor layer)128，并进行一第二光刻工艺，蚀刻掉薄膜晶体管区116以外的半导体层126与高掺杂半导体层128，以形成有源区域。其中栅极绝缘层124是为一单一(single)介电层或是一复合(composite)介电层，由氧化硅(SiO_x)、氮化硅(SiN_y)或是氮氧化硅(SiO_xN_y)所构成。半导体层126亦被称为有源层(active layer)，其是为一含氢的非晶硅层，并用来作为当薄膜晶体管被开启时的通道(channel)之用。而高掺杂的半导体层128是用来提供透明导电层130与半导体层126之间欧姆式接触(ohmic contact)以降低电阻。

如图4C所示，接着进行第三光刻工艺，于栅极绝缘层124形成接触洞138，曝露出部分扫描线102两侧的数据线104。

如图4D所示，接着再沉积一透明导电层130将该接触洞138填满，利用该透明导电层130跨接扫描线120两侧的数据线段104。然后进行一第四光刻工艺，定义出直接电连接漏极108的像素电极114、源极110、漏极108及一通过交错区118并连接数据线104与源极的L型透明导电层130。其中该透明导电层130由氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)或是氧化铟锌(indiumzinc oxide，IZO)所构成。

如图4E所示，最后再沉积一由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅所构成的保护层(passivation layer)132，并进行一第五光刻工艺，将像素电极114显露出来。

为进一步了解本发明与现有技术的TFT-LCD制作方法的差异，请参考图5。图5为本发明的TFT-LCD与现有技术的TFT-LCD制程的流程比较图。现有TFT-LCD制作流程说明如下：

步骤501：沉积第一金属层；

步骤502：以第一道光刻工艺定义扫描线和栅极；

步骤503：连续沉积栅极绝缘层/半导体层/高掺杂半导体层；

步骤504：以第二道光刻工艺定义有源区域；

步骤505：沉积第二金属层；

步骤506：以第三道光刻工艺定义数据线、源极、漏极与通道区；

步骤507：沉积保护层；

步骤508：以第四道光刻工艺定义接触洞；

步骤509：沉积透明导电层；

步骤510：以第五道光刻工艺定义画素电极；

而本发明TFT-LCD制作流程说明如下：

步骤521：沉积第一金属层；

步骤522：以第一道光刻工艺定义扫描线、栅极及不与扫描线接触的不连续的数据线段；

步骤523：连续沉积栅极绝缘层/半导体层/高掺杂半导体层；

步骤524：以第二道光刻工艺定义有源区域；

步骤525：以第三道光刻工艺定义接触洞；

步骤526：沉积透明导电层；

步骤527：以第四道光刻工艺定义源极、漏极、通道区域、画素电极，并透过接触洞跨接不连续的数据线段；

步骤528：沉积保护层；

步骤529：以第五道光刻工艺定义画素电极；

相较于现有技术，本发明是在第一次光刻工艺时，同时形成扫描线与不连续的多个数据线段，即扫描线与数据线是位同一平面，之后再于接触洞区112内的栅极绝缘层124蚀刻出接触洞138，并利用一L型透明导电层130跨接扫描线102两侧的数据线段104及薄膜晶体管的源极110，如此不仅可减少一个金属沉积的制程，更重要的是可以避免交错区域的短路，进而提升制程效能与良率。

以上所述仅本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种薄膜晶体管液晶显示器面板的制作方法，包括下列步骤：

提供一基板，其上沉积有一金属层，该基板上包括有一晶体管区、一交错区，以及一接触洞区，其中该晶体管区用来形成一薄膜晶体管；

进行一第一光刻工艺，定义该金属层，以于该基板上同时定义一扫描线、两分别位于该扫描线两侧且与该扫描线不相接触的数据线段，以及该薄膜晶体管的栅极；

依次沉积一第一介电层、一半导体层与一高掺杂半导体层；

进行一第二光刻工艺，以形成薄膜晶体管的有源区域；

进行一第三光刻工艺，于该第一介电层形成接触洞，曝露出部分该扫描线两侧的该数据线段；

沉积一透明导电层，并填入该接触洞；

进行一第四光刻工艺，定义出像素电极、源极、漏极，并连接数据线与源极；

于基板上沉积一第二介电层；以及

进行一第五光刻工艺，曝露像素电极。

2.如权利要求1所述的制作方法，其中该基板是包括玻璃基板、石英基板或塑胶基板。

3.如权利要求1所述的制作方法，其中该金属层为一单层金属结构，且构成该金属层的材料包括铬、钼或钨钼合金。

4.如权利要求1所述的制作方法，其中该金属层为一多层复合金属结构，且构成该多层金属结构的材料含有铝或以铝为主要成分的合金、铜或以铜为主要成分的合金。

5.如权利要求1所述的制作方法，其中该第一介电层是作为栅极绝缘层，包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

6.如权利要求1所述的制作方法，其中该第二介电层是作为保护层，包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

7.如权利要求1所述的制作方法，其中该半导体层为一非晶硅层、多晶硅层或单晶硅层。

8.如权利要求1所述的制作方法，其中该高掺杂半导体层是用以提供半导体层与透明导电层间的欧姆接触。

9.如权利要求1所述的制作方法，其中该透明导电层是由氧化铟锡或是氧化铟锌所构成。

10.如权利要求1所述的制作方法，其中该数据线段与该扫描线是位于同一平面。

11.如权利要求1所述的制作方法，其中该数据线段与该扫描线于该交错区，利用透明导电层加以跨接。

12.如权利要求1所述的制作方法，其中在该第二光刻工艺中，可将该交错区的该高掺杂半导体层及半导体层保留或去除。

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