TWI405017B - 顯示裝置之陣列基板及其製造方法 - Google Patents

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Description

顯示裝置之陣列基板及其製造方法
本發明係關於一種顯示裝置之陣列基板及其製造方法，特別是關於一種顯示裝置之陣列基板及其製造方法，能夠透過令畫素電極接觸障壁(barrier)金屬以最小化畫素電極與金屬接線(wiring)之間的接觸電阻。
通常，金屬接線用於延遲訊號至元件。金屬接線延遲訊號成本低並且電阻值低，並且因為金屬具有很強的耐蝕性，因此可有助於保證產品的高可靠性與成本競爭力。
大多數情況下，液晶顯示裝置之陣列基板、第一基板之品質係依照每一元件使用何種材料或者每一元件依照何種規範被設計而加以判定。
例如，小型液晶顯示裝置關係不大，但是在18吋或更大尺寸之大尺寸高解析度之液晶顯示裝置的情況下，用於閘極接線與資料接線之材料之唯一電阻值係為用於判定影像品質之優勢之重要因素。
因此，在大尺寸/高解析度之液晶顯示裝置的例子中，使用低電阻之材料例如鋁或鋁合金作為閘極接線或資料接線之材料較佳。
純鋁在化學方面耐蝕性較弱，在後續高溫製程中在閘極接線與閘電極的表面產生突起(hillock；H)。突起引起覆蓋閘極接線與閘電極之閘極絕緣層之異常成長，並且由於主動層與閘電極之間的絕緣崩潰而造成短路，從而無法用作開關元件。
因此，在鋁接線的情況下，使用合金之形式或者使用層狀結構。然而，缺點在於當閘極接線被形成以疊層時，應該額外地完成一個製程。
近來，為了努力避免這種問題，業界提議使用銅，因為銅(copper；Cu)具有低電阻並且低價格之優點，並且可透過簡單製程形成接線。
現在結合「第1圖」與「第2圖」描述使用銅之習知技術之顯示裝置之陣列基板。
「第1圖」所示係為習知技術之顯示裝置之陣列基板之剖視圖。
「第2圖」所示係為習知技術之顯示裝置之陣列基板之剖視圖，表示汲電極與畫素電極彼此接觸之表面上形成的銅氧化膜。
請參考「第1圖」，習知技術之顯示裝置之陣列基板包含：閘極接線(圖中未表示)，形成於透明基板11上沿一個方向延伸；以及資料接線(圖中未表示)，垂直交叉於閘極接線，兩者之間放置閘極絕緣層15，從而定義畫素區域(圖中未表示)。
本文中，雖然圖中未表示，作為開關元件之薄膜電晶體(thin film transistor；TFT)(圖中未表示)形成於閘極接線(圖中未表示)與資料接線(圖中未表示)之交叉處。薄膜電晶體包含：閘電極13，從閘極接線處延伸；源電極21，從資料接線處延伸；以及主動層17，形成通道，且汲電極23與源電極21間隔一定距離。源電極21與汲電極23由低電阻與低價格之銅製成。主動層17形成於閘電極13上方之閘極絕緣層15之上，並且由純非晶矽層形成。
鉬鈦(molybdenum titanium；MoTi)層19形成於源電極21及汲電極23與主動層17之間，用作障壁金屬層。鉬鈦層19用於避免構成源電極21及汲電極23之銅與主動層17彼此直接接觸，從而出現交互作用。
用於保護薄膜電晶體、閘極接線與資料接線之鈍化層25形成於基板11之上。
畫素電極29形成於畫素區域之鈍化層25之上，並且透過接觸孔27與汲電極23電接觸，其中接觸孔27係透過蝕刻鈍化層25而形成。畫素電極29係由透明金屬材料例如氧化銦錫(或者氧化銦鋅)製成。
然而，習知技術之顯示裝置之陣列基板存在以下問題。
就是說，在習知技術之顯示裝置之陣列基板中，當畫素電極形成於接觸孔形成於鈍化膜處之後，由於「第2圖」所示之水氣(H2O gas)之影響，銅氧化膜(Cu2O)31被產生於汲電極之上且接觸畫素電極，從而退化畫素電極與汲電極之間的接觸特性。即，傳送至畫素電極之訊號透過源極與汲極資料接線被傳送。
在相同電壓被應用至閘極接線之情況下，輸入畫素電極之電流係透過通道電阻以及畫素電極與汲電極之間的接觸部之電阻被判定。
因此，雖然銅接線與畫素電極之間的接觸電阻較低，但是因為銅接線之表面受製程條件的影響被氧化，從而增加接觸電阻。
因此，因為增加了汲電極、銅接線與畫素電極之間的接觸電阻，當低Vgs電壓被應用時，與應用不同金屬例如鋁之情況相比，薄膜電晶體充電特性不佳。
因此，在習知技術之顯示裝置之陣列基板中，汲電極、銅接線與氧化銦錫、畫素電極之間接觸電阻之增加導致訊號延遲。
本發明實施例之目的在於提供一種顯示裝置之陣列基板及其製造方法，令畫素電極接觸障壁金屬層以減少接觸電阻，從而能夠改善薄膜電晶體之電特性。
本發明之顯示裝置之陣列基板包含：閘極接線與連接閘極接線之閘電極，形成於基板之上；閘極絕緣層，形成於閘電極之上；堆疊的主動層與障壁金屬層，位於閘電極之上，其間被放置閘極絕緣層；形成於障壁金屬層之上的資料接線與此連接資料接線之源電極與汲電極；鈍化膜，形成於源電極與汲電極以及資料接線之上，並且包含接觸孔以暴露汲電極之部分以及障壁金屬層之部分；以及畫素電極，形成於鈍化膜之上，並且接觸汲電極與障壁金屬層。
本發明之顯示裝置之陣列基板之製造方法包含：形成閘極接線與連接閘極接線之閘電極於基板上；形成閘極絕緣層於閘電極上；形成主動層於閘電極上，閘極絕緣層被置於兩者之間；形成障壁金屬層、資料接線以及連接資料接線之源電極與汲電極於主動層之上；形成鈍化膜於源電極與汲電極以及資料接線之上；選擇性地蝕刻鈍化膜與汲電極之部分以形成接觸孔，用於暴露汲電極之部分以及障壁金屬層之部分；以及形成畫素電極於鈍化膜之上，畫素電極接觸汲電極與障壁金屬層。
本發明其他的特徵和優點將在如下的說明書中部分地加以闡述，並且本發明其他的特徵和優點對於本領域的普通技術人員來說，可以透過本發明如下的說明得以部分地理解或者可以從本發明的實踐中得出。本發明的目的和其它優點可以透過本發明所記載的說明書和申請專利範圍中特別指明的結構並結合图式部份，得以實現和獲得。
可以理解的是，如上所述的本發明之概括說明和隨後所述的本發明之詳細說明均是具有代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明之申請專利範圍。
現在將結合附圖詳細描述本發明具有代表性實施例之顯示裝置之陣列基板及其製造方法。
「第3圖」所示係為本發明實施例之顯示裝置之陣列基板之剖視圖。
請參考「第3圖」，本發明實施例之顯示裝置之陣列基板包含：閘極接線(圖中未表示)，形成於透明基板101上沿一個方向延伸；以及資料接線(圖中未表示)，垂直交叉閘極接線(圖中未表示)，其間放置閘極絕緣層105以定義畫素區域(圖中未表示)。
本文中，雖然圖中未表示，薄膜電晶體(圖中未表示)形成於閘極接線(圖中未表示)與資料接線(圖中未表示)之每一交叉處。薄膜電晶體包含：閘電極103，從閘極接線處延伸；源電極111a，從資料接線處延伸；汲電極111b，與源電極111a間隔一定距離；以及主動層107，形成通道。源電極111a與汲電極111b係由銅製成，此金屬電阻低且成本低。
主動層107形成於閘電極103之上部之閘極絕緣層105之上，並且由純非晶矽層形成。
由鉬合金(molybdenum alloy)製成的障壁金屬層109形成於源電極111a及汲電極111b與主動層107之間。此時，障壁金屬層109用於避免構成源電極111a及汲電極111b之銅與主動層107直接接觸，從而交互作用。構成障壁金屬層109之鉬合金係為從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銦(In)以及(Al)鋁組成的組合中選擇的一種。本文中，現在將描述鈦被用作鉬合金之實例。
鈍化膜115形成於基板101之上，以保護薄膜電晶體、閘極接線以及資料接線。
畫素電極123a形成於畫素區域之鈍化膜115之上，並且透過接觸孔(請參考「第4M圖」之121)連同汲電極111b電接觸障壁金屬層109，其中接觸孔係透過蝕刻鈍化膜115與汲電極111b之部分而形成。畫素電極123a由透明金屬材料氧化銦錫(或者氧化銦鋅)製成。銅氧化膜125形成於接觸畫素電極123a之汲電極111b之上，銅氧化膜125未形成於接觸汲電極111b之障壁金屬層109之上。
因此，本發明實施例中，因為銅氧化膜125未形成於畫素電極123a與鉬鈦合金製成的障壁金屬層109之間，所以高電阻元件在低電壓時可被降低。
此外，本發明中，透過使用障壁金屬層109與畫素電極123a之歐姆接觸特性，薄膜電晶體充電特性在低Vds電壓時可被改善，線性移動性也可被改善，從而極大地影響模型產品之特性。
現在結合「第4A圖」、「第4B圖」、「第4C圖」、「第4D圖」、「第4E圖」、「第4F圖」、「第4G圖」、「第4H圖」、「第4I圖」、「第4J圖」、「第4K圖」、「第4L圖」、「第4M圖」、「第4N圖」以及「第4O圖」描述本發明實施例之顯示裝置之陣列基板之製造方法。
「第4A圖」、「第4B圖」、「第4C圖」、「第4D圖」、「第4E圖」、「第4F圖」、「第4G圖」、「第4H圖」、「第4I圖」、「第4J圖」、「第4K圖」、「第4L圖」、「第4M圖」、「第4N圖」以及「第4O圖」所示順序為本發明實施例之顯示裝置之陣列基板之製造製程之剖視圖。
如「第4A圖」所示，從鋁(Al)、鋁合金(AlNd)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)以及銅(Cu)組成的導電金屬組合中選擇的一種被沉積於透明基板101之上，並且被圖案化以形成沿一個方向之複數條閘極接線(圖中未表示)，複數個閘電極103被形成從閘極接線處突出。
從氧化矽膜(SiO2)與氮化矽膜(SiNx)組成的無機絕緣材料組或者依照情況從苯環丁烯(benzocyclobutene)與丙烯(acryl-based)樹脂組成的有機絕緣材料組中選擇的一種被沉積或塗佈，以形成閘極絕緣層105。
接下來，非晶矽(a-Si:H)形成的用作通道區域之主動層107形成於閘極絕緣層105之上。
然後，雖然圖中未表示，第一感光膜被塗佈於主動層107上，使用曝光遮罩透過光刻術完成曝光與蝕刻製程，以形成用於定義主動區域之第一感光膜圖案(圖中未表示)。
接下來，如「第4B圖」所示，主動層107使用第一感光膜圖案作為遮罩選擇性地被圖案化，並且清除第一感光膜圖案。
此後，如「第4C圖」所示，鉬合金透過濺射方法被沉積於包含經過圖案化之主動層107之基板101之整個表面之上，以形成障壁金屬層109。此時，因為後續製程將形成的源電極及汲電極與主動層107彼此直接接觸，障壁金屬層109用於避免構成源電極及汲電極之銅與主動層107之間的交互作用。對於鉬合金，可從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銦(In)以及(Al)鋁組成的組合中選擇一種。本發明中，以下將描述使用鈦之鉬合金之實例。
接下來，銅透過濺射被沉積於障壁金屬層109之上以形成銅金屬層111，第二感光膜113被塗佈於銅金屬層111之上。
然後，如「第4D圖」所示，第二感光膜113使用繞射遮罩(或狹縫遮罩)(圖中未表示)透過光刻製程被曝光與蝕刻，以形成第二感光膜圖案113a。這種情況下，對於繞射遮罩(diffraction mask)，可以使用半色調遮罩(half-tone mask)，此外也可以使用狹縫遮罩。
第二感光膜圖案113a包含阻光區域(light blocking region)以及半色調區域(half-tone region)。與半色調區域對應之圖案部之厚度比與阻光區域對應之圖案部薄。原因在於，雖然圖中未表示，鉻膜圖案形成於半色調遮罩之阻光區域之對應位置(圖中未表示)，半透明膜圖案形成於半色調遮罩之半色調區域之對應位置。此外，第二感光膜圖案113a之半色調區域對應通道區域，第二感光膜圖案113a之阻光區域對應源極與汲極區域。
此後，如「第4E圖」所示，銅金屬層111使用第二感光膜圖案113作為遮罩選擇性地被蝕刻。此時，當銅金屬層111被蝕刻時，障壁金屬層109也被蝕刻。
然後，如「第4F圖」所示，第二感光膜圖案113a透過灰化(ashing)製程選擇性地被蝕刻，以暴露與通道區域之位置對應之銅金屬層111之上表面。
接下來，如「第4G圖」所示，暴露之銅金屬層111使用經過灰化之第二感光膜圖案113a選擇性地被蝕刻，以形成垂直交叉閘極接線(圖中未表示)之資料接線(圖中未表示)，從而定義畫素區域，形成的源電極111a將從閘電極103一側向上突出遠離資料接線，汲電極111b與源電極111a間隔一定距離。此時，當銅金屬層111被蝕刻以暴露主動層107之通道區域時，障壁金屬層109也被蝕刻。
然後，如「第4H圖」所示，在第二感光膜圖案113a被清除之後，從有機絕緣材料組中選擇的一種或者依照情況從無機絕緣材料組中選擇的一種被沉積以形成鈍化膜115，然後第三感光膜117被塗佈。此時，至於用於形成鈍化膜115之材料，從氧化矽膜(SiO2)與氮化矽膜(SiNx)組成的無機絕緣材料組中選擇的一種或者依照情況從上述苯環丁烯與丙烯樹脂組成的有機絕緣材料組中選擇的一種被沉積或塗佈。
接下來，如「第4I圖」所示，第三感光膜117係使用半色調遮罩130透過光刻術被曝光與蝕刻以形成第三感光膜圖案117a。此時，除了半色調遮罩之外，還可以使用狹縫遮罩。
第三感光膜圖案117a包含阻光區域與半色調區域。與半色調區域對應之圖案部之厚度比與阻光區域對應之圖案部薄。原因在於，半透明膜圖案130a形成於半色調遮罩130之半色調區域之對應位置，鉻膜圖案130b形成於半色調遮罩130之阻光區域之對應位置。此外，第三感光膜圖案117a之半色調區域對應汲極接觸孔形成區域，第三感光膜圖案117a之半色調區域完全開放以暴露鈍化膜115之部分。
然後，如「第4J圖」與「第4K圖」所示，鈍化膜115使用第三感光膜圖案117a作為遮罩選擇性地被蝕刻，然後，鈍化膜115下方的汲電極111b之部分選擇性地被蝕刻以形成第一接觸孔119。此時，鈍化膜115接受干蝕刻製程，汲電極111b接受濕蝕刻製程。當第一接觸孔119形成時，汲電極111b以下的障壁金屬層109之部分被暴露。
在本發明之不同實施例中，雖然圖中未表示，在形成第一接觸孔119時，當汲電極111b被蝕刻時，障壁金屬層109之部分也被蝕刻以暴露其側面。
接下來，如「第4L圖」所示，灰化製程被完成以蝕刻第三感光膜圖案117a，到達令第三感光膜圖案117a之半色調區域之對應部分被清除之程度。
然後，如「第4M圖」所示，鈍化膜115透過使用第三感光膜圖案117a作為遮罩選擇性地被蝕刻以形成第二接觸孔121，暴露汲電極111b之上表面。此時，第二接觸孔121包含第一接觸孔119，並且直徑大於第一接觸孔119之直徑。
此後，如「第4N圖」所示，氧化銦錫之透明材料透過濺射於包含第一接觸孔119之第二接觸孔121與鈍化膜115上被沉積，以形成透明金屬層123。此時，氧化銦錫之透明材料可以從氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅或其他透明金屬材料中選擇。
雖然圖中未表示，第四感光膜(圖中未表示)被塗佈於透明金屬層123之上，並且透過光刻製程被曝光與蝕刻以形成第四感光膜圖案(圖中未表示)。
然後，如「第4O圖」所示，透明金屬層123透過使用第四感光膜圖案(圖中未表示)作為遮罩選擇性地被蝕刻以形成畫素電極123a，畫素電極123a透過第一接觸孔119與第二接觸孔121電連接障壁金屬層109與汲電極111b，剩餘的第四感光膜圖案(圖中未表示)被清除，從而完成顯示裝置之陣列基板之製造。此時，銅氧化膜125被產生於接觸畫素電極123a之汲電極111b之介面之上。其間，銅氧化膜125未被產生於接觸畫素電極123a之障壁金屬層109介面之上。
如上所述，鉬合金，即組成障壁金屬層109之鉬鈦合金(MoTi)接觸組成畫素電極123a之氧化銦錫。
如目前所述，顯示裝置之陣列基板及其製造方法包含以下優點。
就是說，因為鉬鈦合金(MoTi)、銅障壁金屬以及畫素電極彼此直接接觸，以降低汲電極即銅接線與畫素電極之間的接觸電阻，並且汲電極與畫素電極之間的接觸電阻可被降低。
因此，處於低Vds電壓之薄膜電晶體充電特性可透過使用障壁金屬層與畫素電極之歐姆特性被改善。此外，還有助於改善線性移動性，從而更加影響被應用響應時間之模型之產品特性。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
11．．．基板
13．．．閘電極
15．．．閘極絕緣層
17．．．主動層
19．．．鉬鈦層
21．．．源電極
23．．．汲電極
25．．．鈍化層
27．．．接觸孔
29．．．畫素電極
31．．．銅氧化膜
101．．．基板
103．．．閘電極
105．．．閘極絕緣層
107．．．主動層
109．．．障壁金屬層
111．．．銅金屬層
111a．．．源電極
111b．．．汲電極
113．．．第二感光膜
113a．．．第二感光膜圖案
115．．．鈍化膜
117．．．．．．第三感光膜
117a．．．第三感光膜圖案
119．．．第一接觸孔
121．．．第二接觸孔
123．．．透明金屬層
123a．．．畫素電極
125．．．銅氧化膜
130．．．半色調遮罩
130a．．．半透明膜圖案
130b．．．鉻膜圖案
第1圖所示係為習知技術之顯示裝置之陣列基板之剖視圖；
第2圖所示係為習知技術之顯示裝置之陣列基板之剖視圖，表示汲電極與畫素電極之接觸表面上形成的銅氧化膜；
第3圖所示係為本發明實施例之顯示裝置之陣列基板之剖視圖；以及
第4A圖至第4O圖所示順序為本發明實施例之顯示裝置之陣列基板之製造製程之剖視圖。
101．．．基板
103．．．閘電極
105．．．閘極絕緣層
107．．．主動層
109．．．障壁金屬層
111a．．．源電極
111b．．．汲電極
115．．．鈍化膜
123a．．．畫素電極
125．．．銅氧化膜

Claims (11)

  1. 一種顯示裝置之陣列基板，包含：一閘極接線與連接該閘極接線之一閘電極，形成於一基板上；一閘極絕緣層，形成於該閘電極之上；一主動層與一障壁金屬層，堆疊於該閘電極之上，其間被放置該閘極絕緣層；形成於該障壁金屬層之上的一資料接線與連接該資料接線之源電極與汲電極；一鈍化膜，形成於該源電極與汲電極以及該資料接線之上，並且包含一接觸孔以暴露該汲電極之一部分以及該障壁金屬層之一部分；一畫素電極，形成於該鈍化膜之上，並且接觸該汲電極與該障壁金屬層；以及一銅氧化膜，僅形成於接觸該畫素電極之該汲電極上。
  2. 如請求項第1項所述之顯示裝置之陣列基板，其中該障壁金屬層係使用從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銦(In)以及(Al)鋁組成的組合中選擇的一種之鉬合金製成。
  3. 如請求項第1項所述之顯示裝置之陣列基板，其中該畫素電極係由例如氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鋅之氧化銦錫透明材料製成。
  4. 如請求項第1項所述之顯示裝置之陣列基板，其中該畫素電極接觸該障壁金屬層之一上表面。
  5. 一種顯示裝置之陣列基板之製造方法，包含：形成一閘極接線與連接該閘極接線之一閘電極於一基板上；形成一閘極絕緣層於該閘電極上；形成一主動層於該閘電極上，且該閘極絕緣層被置於兩者之間；形成一障壁金屬層、一資料接線以及連接該資料接線之源電極與汲電極於該主動層之上；形成一鈍化膜於該源電極與汲電極以及該資料接線之上；選擇性地蝕刻該鈍化膜與該汲電極之部分以形成一接觸孔，用於暴露該汲電極之一部分以及該障壁金屬層之一部分；形成一畫素電極於該鈍化膜之上，該畫素電極接觸該汲電極與該障壁金屬層；以及僅於接觸該畫素電極之該汲電極上形成一銅氧化膜。
  6. 如請求項第5項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中該障壁金屬層係使用從鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、銦(In)以及(Al)鋁組成的組合中選擇的一種之鉬合金製成。
  7. 如請求項第5項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中該畫素電極係由例如氧化鋁鋅、氧化鋅、氧化銦鋅之氧化銦錫 透明材料製成。
  8. 如請求項第5項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中該畫素電極接觸該障壁金屬層之一上表面。
  9. 如請求項第5項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中使用一繞射遮罩透過一光刻製程完成選擇性地蝕刻該鈍化層與該汲電極之該部分以形成一接觸孔，用於暴露該汲電極之一部分以及該障壁金屬層之一部分。
  10. 如請求項第9項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中該繞射遮罩包含一半色調遮罩以及一狹縫遮罩。
  11. 如請求項第10項所述之顯示裝置之陣列基板之製造方法，其中使用該半色調遮罩形成該接觸孔之步驟包含：使用該半色調遮罩透過一曝光與蝕刻製程圖案化該源電極與汲電極上形成的該鈍化膜上塗佈的該感光膜，以形成一感光膜圖案，該汲電極之一部分之對應區域所對應之該感光膜圖案之一感光膜部分已經被完全清除，與該半色調區域對應之一區域處之該感光膜之一部分厚度已經被清除；使用該感光膜圖案作為一遮罩順序地清除該鈍化膜與該汲電極以形成一第一接觸孔，暴露該障壁金屬層之該上表面；灰化該感光膜，直到與該半色調對應之該區域之該感光膜部分被清除；以及使用經過灰化之該感光膜圖案為一遮罩蝕刻該感光膜以 形成一第二接觸孔，暴露該汲電極之該上表面並且包含該第一接觸孔。
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