CN1389756A - 薄膜晶体管液晶显示器的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种TFT－LCD的制作方法,于基板表面上形成栅极电极与扫描线,栅极电极形成于晶体管区内,扫描线会通过交错区。形成第一、第二绝缘层以及半导体层,形成位于栅极电极上方的蚀刻停止层。形成掺杂硅导电层,去除晶体管区以外及交错区以外的掺杂硅导电层、半导体层与第二绝缘层。形成透明导电层图案,形成辅助信号线以及像素电极,该辅助信号线会通过交错区。形成第二金属层覆盖该晶体管区,且于辅助信号线表面形成主信号线。在蚀刻停止层上方的第二金属层形成一开口,使蚀刻停止层暴露出来。

Description

薄膜晶体管液晶显示器的制作方法
本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor LiquidCrystal Display，以下简称TFT-LCD)的制作方法，特别是涉及一种可避免面继现象发生的薄膜晶体管液晶显示器。
随着电子信息产业的蓬勃发展，平面显示器(plate panel display)的应用范围以及市场需求也不断在扩大。而液晶显示器(liquid crystal display，LCD)即为平面显示器中常被广泛使用的一种，从小型产品，如电子血压计，到可携带式信息产品，如个人数字助理(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应用于其上。
目前，液晶显示器系统大部分都是利用做成矩阵状排列的薄膜晶体管，并配合以适当的电容、连接垫等电子元件，来驱动液晶像素，进而产生丰富亮丽的图像。传统的薄膜晶体管液晶显示器基本上包含有一透明基板(transparent substrate)，其上具有许多排列成阵列的薄膜晶体管、像素电极(pixel electrode)、互相垂直交错(orthogonal)的扫描线(scan or gate line)以及信号线(data or signal line)、一滤光板(color filter)、以及填充于透明基板与滤光板之间的液晶材料。由于此结构非常轻薄短小，同时又具有耗电量少以及无辐射污染的优点，因此被广泛应用在上述民用及信息产品上，并且在未来具有很大的发展潜力。
请参考图1，图1为现有制作单一TFT LCD 10系统的剖面示意图。现有技术是利用一七次照相与腐蚀工艺(PEP)于透明玻璃基板11上形成TFTLCD系统10，并应用在一扭转向列(twist-nematic，TN)式TFT LCD 10系统的制作上。因为在实际的面板制作时，面板上包含有多种不同的元件，如薄膜晶体管、像素电极、扫描线、信号线、电容以及连接垫，并且每个元件之间，有一定的空间配置关系，如果全部显示在同一张剖面图上，将会非常复杂，故于此剖面图上，只显示其中薄膜晶体管、像素电极、扫描线、信号线、连接垫以及扫描线与信号线交错的部分。
如图1A所示，玻璃基板11表面包含有至少一晶体管(transistor)区210用来形成一薄膜晶体管(TFT)，至少一连接垫(pad)区220用来形成一连接垫，以及至少一扫描线(scan line)与信号线(signal line)的交错(cross over)区230。现有制作薄膜晶体管液晶显示器的方法是先在玻璃基板11的表面上沉积一第一金属层(未显示)，接着进行一第一照相与腐蚀工艺(PEP-1)，以于玻璃基板11的表面上分别形成一栅极电极12、一用来当作垫电极的连接垫14以及一通过交错区230的扫描线16。其中栅极电极12连接于玻璃基板11表面上的另一扫描线(未显示于图中)。
如图1B所示，在完成该第一照相与腐蚀工艺之后，接着在玻璃基板上依序全面沉积一第一绝缘层(first isolation layer)18、一第二绝缘层(secondisolation layer)22、一半导体层(semiconductor layer)24与一蚀刻停止(etchingstop)层(未显示于图中)。然后再进行一第二照相与腐蚀工艺(PEP-2)，以于栅极电极12之上，形成一蚀刻停止图案26，而其余连接垫14以及扫描线(未显示)与信号线(未显示)的交错区230的上方，则完全不保留此该蚀刻停止层(未显示于图中)。其中，半导体层24可视工艺或显示面积等条件而定来选择多晶硅或非晶硅材料，而该蚀刻停止层则是由氮化硅所构成，以避免半导体层24被后续的蚀刻工艺所侵蚀。
如图1C所示，在半导体层24与蚀刻停止图案26的上方全面沉积一掺杂硅导电层28。接着进行一第三照相与腐蚀工艺(PEP-3)来定义掺杂硅导电层28、半导体层24以及第二绝缘层22的图案，以去除晶体管区210以及交错区230以外的掺杂硅导电层28、半导体层24以及第二绝缘层22，并同时于第二绝缘层22、半导体层24以及掺杂硅导电层28中，形成一信号线图案做为后续信号线(未显示于图中)的底部隔离层。
如图1D所示，在掺杂硅导电层28以及第一绝缘层18的上方，全面形成一透明导电层(未显示于图中)。接着进行一第四照相与腐蚀工艺(PEP-4)，以于该信号线图案上形成形成一透明导电层32当作辅助信号线，并于该辅助信号线两侧的第一绝缘层18的上方各形成一像素电极34。
如图1E所示，进行一第五照相与腐蚀工艺(PEP-5)，以将连接垫14图案上方的第一绝缘层18蚀刻出一个开口，使得垫电极14暴露于该开口中。接着如图1F所示，于玻璃基板11上方，全面形成一第二金属层(未显示于图中)。接着进行一第六照相与腐蚀工艺(PEP-6)，以于该辅助信号线表面以及连接垫区220的该开口上方分别形成一主信号线以及一信号连接垫(padsignal)39，并使第二金属层38覆盖于晶体管区210上方同时电连接于像素电极34，且于蚀刻停止层图案26上方的第二金属层38中形成一开口，直至蚀刻停止层图案26表面。形成薄膜晶体管(TFT)42。
最后如图1G所示，于玻璃基板11上方全面形成一保护层，接着进行一第七照相与腐蚀工艺(PEP-7)，去除连接垫区220的该开口上方以及像素电极34表面的保护层44，以暴露部分的信号连接垫39以及像素电极34。
综合上述说明，现有制做信号线36的方法，是先提供一玻璃基板11，于其上形成一第一绝缘层18以及一第二绝缘层(未显示于图2中)，然后经过一些中间工艺之后，先形成一半导体层24与掺杂硅导电层28，定义其图案，于半导体层24以及掺杂硅导电层28上形成一信号线图案。然后在其上形成一透明导电层32当作辅助信号线，接着再利用一照相与腐蚀工艺，蚀刻定义该透明导电层32的图案，最后再于透明导电层32上形成一第二金属层38当作主信号线，以与透明导电层上下重叠构成一信号线36。
然而如图2所示，半导体层24与掺杂硅导电层28的图案是由同一光掩模形成，而透明导电层32与第二金属层38是由另一光掩模形成，因此在每一次的照相与腐蚀工艺来形成图案时，均会产生对准误差以及蚀刻误差。尤其在动辄百万像素的液晶显示器面板上，这种对不准、蚀刻不净或过度蚀刻的现象更是容易发生。一开始时在布局设计时，信号线36与两边像素电极34的距离设定为δ0，但是在蚀刻透明导电层32时，透明导电层32与两边像素电极34之间的距离，就可能因为光刻工艺的定位不准而形成为δ1与δ2，而在后续形成当作主信号线的第二金属层38时，信号线36与两边像素电极34之间的距离又可能因为该光刻工艺的定位不准而变为δ3与δ4。此种误差若表现在布局上视图中，则如图2所示。
当液晶显示器面板上所有的信号线36与两边像素电极34之间的距离出现不等距的现象(δ3≠δ4)或不在某个设定值之内时，都将可能会使液晶显示器面板发生亮线问题，也就是面继(Mentsuki)现象。因此如何避免上述问题的发生，便成为制作液晶显示器时的重要课题。
本发明的目的是提出一种液晶显示器的制作方法，以消除液晶显示器面板发生亮线的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的制作方法，该显示器制作于一基板(substrate)上，且该基板包括至少一晶体管(transistor)区用来形成一薄膜晶体管(TFT)，以及至少一扫描线(scan line)与信号线(siganl line)的交错区，该制作方法包括下列步骤：于该基板的表面上形成一第一金属层；定义该第一金属层的图案(pattern)，以于该晶体管区内形成一栅极电极，并同时于该基板表面形成一通过该交错区的扫描线；于该基板表面依次沉积一第一绝缘层、第二绝缘层、以及一半导体层(semiconductorlayer)，并覆盖于该栅极电极以及该扫描线表面；于该半导体层表面形成一蚀刻停止层，且该蚀刻停止层位于该栅极电极上方；于该半导体层与该蚀刻停止层的上方全面沉积一掺杂硅(doped silicon)导电层；定义该掺杂硅导电层、该半导体层以及该第二绝缘层的图案，以去除该晶体管区以及该交错区以外的该掺杂硅导电层、该半导体层以及该第二绝缘层；于该基板表面形成一透明导电层；定义该透明导电层的图案，以于该基板表面形成至少一辅助信号线以及至少一像素电极，该辅助信号线会通过该交错区，且该辅助信号线与该扫描线之间隔离有该掺杂硅导电层、该半导体层、该第二绝缘层以及该第一绝缘层；于该基板表面形成一第二金属层；定义该第二金属层的图案，以于该辅助信号线表面形成一主信号线，并使该第二金属层覆盖该晶体管区，同时电连接于该像素电极，接着于该蚀刻停止层上方的该第二金属层中形成一开口，使该蚀刻停止层暴露出来，以形成该薄膜晶体管；于该基板表面形成一保护层；以及定义该保护层的图案，去除该像素电极表面的该保护层，以暴露该像素电极；其中该辅助信号线与该扫描线同时通过的该交错区上则存在有该掺杂硅导电层、该半导体层、该第二绝缘层以及该第一绝缘层隔离在该辅助信号线与该扫描线之间。
下面结合附图来描述本发明的优选实施例。附图中：
图1A至图1G为现有技术制作TFT LCD系统的剖面示意图；
图2为制作图1的液晶显示器的信号线与像素电极的剖面示意图；
图3为图1的液晶显示器的信号线与像素电极的上视图；
图4A至4G为本发明制作TFT LCD系统的剖面示意图；
图5为图4的液晶显示器的信号线与像素电极完成后的剖面示意图；以及
图6为图4的液晶显示器的信号线与像素电极的上视图。附图标号说明：
10、100液晶显示器    11、101玻璃基板
12、102栅极          14、104连接垫
16、106扫描线        18、108第一绝缘层
22、112第二绝缘层    24、114半导体层
26、116蚀刻停止图案
28、118掺杂硅导电层  32、124透明导电层
34、126像素电极      36、128信号线
38第二金属层         39、129信号连接垫
42、122 TFT          44、134保护层
125a、125b辅助信号线 132a、132b主信号线
133a      源极       133b      漏极
210、310晶体管区     220、320连接垫区
230、330交错区
请参考图4，图4为本发明制作一液晶显示器(TFT LCD)100的剖面示意图。本发明技术可应用在一扭转向列(twist-nematic，TN)式液晶显示器的制作上。图中只显示其中薄膜晶体管、像素电极、扫描线、信号线、连接垫以及扫描线与信号线交错的部分。
如图4A所示，玻璃基板101表面包含有至少一晶体管(transistor)区310用来形成一薄膜晶体管(TFT)，至少一连接垫(pad)区320用来形成一连接垫，以及至少一扫描线(scan line)与信号线(signal line)的交错(cross over)区330。本发明方法是先在玻璃基板101的表面上沉积一第一金属层(未显示)，接着定义该第一金属层的图案，于玻璃基板的表面上的晶体管区310、连接垫区320、交错区330内分别形成一栅极电极102、一用来当作垫电极的连接垫104以及一通过交错区330的扫描线106。其中栅极电极102与扫描线106电连接。
如图4B所示，接着在玻璃基板上101依次全面沉积一第一绝缘层108、一第二绝缘层112、与一半导体层(semiconductor layer)114，然后在栅极电极102上方，形成一蚀刻停止层116。其中，半导体层114可视工艺或显示面积等条件而定来选择多晶硅或非晶硅材料，该蚀刻停止层可由氮化硅所构成，以避免半导体层114被后续的蚀刻工艺所侵蚀，而第一绝缘层108以及第二绝缘层112则可由氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNy)构成。
如图4C所示，接着在半导体层114与蚀刻停止层116上方全面沉积一掺杂硅导电层118。然后同时定义掺杂硅导电层118、半导体层114以及第二绝缘层112的图案，此时，去除晶体管区310以及交错区330以外的掺杂硅导电层118、半导体层114以及第二绝缘层112。也就是，在玻璃基板101表面预定形成一信号线(未显示于图中)的位置上，不留下半导体层114、掺杂硅导电层118以及第二绝缘层112，同时连接垫104上方也不保留任何第二绝缘层112、半导体层114以及掺杂硅导电层118。
随后如图4D所示，在掺杂硅导电层118以及第一绝缘层108的上方形成一透明导电层124。接着定义该透明导电层124的图案，使其存留在预定形成信号线处，用来当作一辅助信号线125a，并同时于玻璃基板101表面预定形成该信号线两侧，分别形成一像素电极126。其中该辅助信号线125b亦会形成于交错区330的掺杂硅导电层118之上。
如图4E所示，接着将连接垫104上方的第一绝缘层108蚀刻出一个开口，使垫电极104暴露于该开口中。然后如图4F所示，于玻璃基板101上方，全面形成一第二金属层132并定义其图形。此时，于辅助信号线125a、125b上方以及连接垫区320的该开口上方分别形成主信号线132a、132b以及一信号连接垫129，并使第二金属层132覆盖于晶体管区310上方且电连接像素电极126，接着在蚀刻停止层116上方的第二金属层132中形成一开口，使蚀刻停止层116表面暴露出来，以形成一源极133a与漏极133b，并完成一薄膜晶体管(TFT)122。其中主信号线132a与辅助信号线125a是上下重叠并构成一信号线128。
最后如图4G所示，于玻璃基板101上方，全面形成一保护层134。接着，去除连接垫区320的开口上方以及像素电极126表面的保护层134，以暴露部分的信号连接垫129以及像素电极126，且使信号线128、薄膜晶体管122、第二金属层132连接至像素电极126的部分以及整个交错区330，均被保护层134所覆盖。
相比于现有技术制作信号线34的方法，本发明在定义掺杂硅导电层118、半导体层114以及第二绝缘层112图形时，便先去除了信号线128底部的掺杂硅导电层118、半导体层114以及第二绝缘层112。因此在后续的制作过程中，在信号线的预定位置，用来当作辅助信号线的透明导电层125便直接形成于包含一第一绝缘层108的玻璃基板101上。也就是说，信号线128只包含一辅助信号线125与一主信号线132，如图4所示。
由于没有掺杂硅导电层118与半导体层114形成在信号线128下方，因此在整个工艺中所产生的对准误差以及蚀刻误差较容易被控制。如图6所示，图6为本发明中信号线128与像素电极126的上视图，图中信号线128与两边像素电极126之间的距离分别为δ1′，δ2′，此时δ1′≈δ2′，因此可有效解决现有技术中的液晶显示器面板所发生的面继(Mentsuki)的问题，以避免产生不必要的亮线缺陷。但是在交错区330中则保留第二绝缘层112、半导体层114以及掺杂硅导电层118，以避免扫描线106与辅助信号线125或主信号线132发生短路。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等效变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的制作方法，该显示器制作于一基板(substrate)上，且该基板包括至少一晶体管(transistor)区用来形成一薄膜晶体管(TFT)，以及至少一扫描线(scan line)与信号线(siganl line)的交错区，该制作方法包括下列步骤：
于该基板的表面上形成一第一金属层；
定义该第一金属层的图案(pattern)，以于该晶体管区内形成一栅极电极，并同时于该基板表面形成一通过该交错区的扫描线；
于该基板表面依次沉积一第一绝缘层、第二绝缘层、以及一半导体层(semiconductor layer)，并覆盖于该栅极电极以及该扫描线表面；
于该半导体层表面形成一蚀刻停止层，且该蚀刻停止层位于该栅极电极上方；
于该半导体层与该蚀刻停止层的上方全面沉积一掺杂硅(doped silicon)导电层；
定义该掺杂硅导电层、该半导体层以及该第二绝缘层的图案，以去除该晶体管区以及该交错区以外的该掺杂硅导电层、该半导体层以及该第二绝缘层；
于该基板表面形成一透明导电层；
定义该透明导电层的图案，以于该基板表面形成至少一辅助信号线以及至少一像素电极，该辅助信号线会通过该交错区，且该辅助信号线与该扫描线之间隔离有该掺杂硅导电层、该半导体层、该第二绝缘层以及该第一绝缘层；
于该基板表面形成一第二金属层；
定义该第二金属层的图案，以于该辅助信号线表面形成一主信号线，并使该第二金属层覆盖该晶体管区，同时电连接于该像素电极，接着于该蚀刻停止层上方的该第二金属层中形成一开口，使该蚀刻停止层暴露出来，以形成该薄膜晶体管；
于该基板表面形成一保护层；以及
定义该保护层的图案，去除该像素电极表面的该保护层，以暴露该像素电极；
其中该辅助信号线与该扫描线同时通过的该交错区上则存在有该掺杂硅导电层、该半导体层、该第二绝缘层以及该第一绝缘层隔离在该辅助信号线与该扫描线之间。
2.如权利要求1所述的制作方法，其中该主信号线与该辅助信号线是用来上下重叠以构成一信号线，且在该交错区之外的该辅助信号线下方不保留任何该半导体层、该掺杂硅导电层以及该第二绝缘层，可使该信号线与两侧的该像素电极间的距离较易被控制，而不至于产生亮线缺陷。
3.如权利要求2所述的制作方法，其中设于该交错区中的该掺杂硅导电层、该半导体层、该第二绝缘层以及该第一绝缘层是用来避免该扫描线与该信号线发生短路。
4.如权利要求1所述的制作方法，其中该栅极电极电连接于该扫描线。
5.如权利要求1所述的制作方法，其中该第一绝缘层以及该第二绝缘层是由氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNy)所构成。
6.如权利要求1所述的制作方法，其中该半导体层为一多晶硅层或非晶硅层。
7.如权利要求1所述的制作方法，其中该蚀刻停止层是由氮化硅所构成。
8.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(indium tin oxide，ITO)所构成。
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