TWI463534B

TWI463534B - ㄧ種主動陣列基板的製造方法

Info

Publication number: TWI463534B
Application number: TW101104428A
Authority: TW
Inventors: Wenchung Tang; Fangan Shu; Yaochou Tsai; Tedhong Shinn
Original assignee: E Ink Holdings Inc
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2014-12-01
Also published as: TW201334034A; CN103247572A; US20130210201A1; CN103247572B; US8658480B2

Description

一種主動陣列基板的製造方法

本發明是有關於一種製造主動陣列基板的方法。

諸如液晶顯示器的平面顯示裝置已廣泛地應用在各種電子產品中。平面顯示裝置通常包含有主動陣列基板，用以驅動平面顯示裝置中的畫素。通常，主動陣列基板的製造方法必須使用五道的微影蝕刻製程。每一道微影蝕刻製程都必須耗費生產成本。近年來，為了更具經濟效益地製造主動陣列基板，業界開發出四道微影蝕刻步驟的製造方法，以更有效率地製造主動陣列基板。不過，為了更進一步提高生產效率及降低製造成本，有必要開發更具競爭力及更具經濟效益的製造方法。

本發明的一目的係提供一種製造主動陣列基板的方法，俾能僅使用二道光罩搭配微影蝕刻製程製造主動陣列基板，且所製造的主動陣列基板具有良好的可靠度。因此，根據本發明所揭露的實施方式具有極高的經濟效益以及產品性能。

根據本發明一實施方式，上述方法包括以下步驟。依序形成一透明導電層以及一第一金屬層覆蓋一基材。利用一半色調光罩形成具有一半色調部分之一第一圖案化光阻層於第一金屬層上。移除露出部分之第一金屬層及其下方之透明導電層，以形成一第一圖案化金屬層及一圖案化透明導電層，並移除半色調部分，以露出第一圖案化金屬層之一部分。移除第一圖案化金屬層之露出部分，並移除剩餘的第一圖案化光阻層，而形成一中間結構。依序形成一半導體層、一絕緣層以及一第二金屬覆蓋中間結構。形成一第二圖案化光阻層於第二金屬層上。移除露出部分之第二金屬層及其下方之絕緣層和半導體層，以形成一第二圖案化金屬層、一圖案化絕緣層以及一圖案化半導體層構成之一堆疊結構。加熱第二圖案化光阻層，使其流動而形成一保護層覆蓋堆疊結構。

根據本發明另一實施方式，製造主動陣列基板之方法包括以下步驟。依序毯覆式地形成透明導電層以及一第一金屬層覆蓋基材。然後，形成第一圖案化光阻層於第一金屬層上，第一圖案化光阻層包含第一部分以及第二部分，且第二部分具有一厚部以及一薄部。厚部之厚度大於薄部之厚度。之後，圖案化第一金屬層及其下方之透明導電層，以形成第一圖案化金屬層及圖案化透明導電層，且於第一部分下方形成資料線連接墊，並移除第二部分之薄部，以露出部分之第一圖案化金屬層。然後，移除露出部分之第一圖案化金屬層，以露出一部分圖案化透明導電層，且厚部下方之第一圖案化金屬層作為一源極及一汲極。之後，移除第一部分及第二部分之厚部。隨後，依序毯覆式地形成半導體層、絕緣層以及第二金屬層覆蓋汲極、源極、該資料線連接墊以及露出部分之圖案化透明導電層。然後，形成第二圖案化光阻層於第二金屬層上。第二圖案化光阻層包含第三部分、第四部分以及第五部分。第三部分具有開口露出第二金屬層之一部分以及圍繞部環繞開口，第四部分具有內側部以及周邊部圍繞內側部，內側部之厚度小於該周邊部之厚度。之後，圖案化第二金屬層及其下方之絕緣層和半導體層，以於第三部分下方形成圍壁圍繞資料線連接墊，以及於第四部分下方形成閘線連接墊，並於第五部分下方形成閘極、閘絕緣層以及通道層連接汲極和源極，並移除第四部分的內側部，而露出閘線連接墊之一部分。最後，加熱剩餘之第二圖案化光阻層，使其流動而形成一保護層覆蓋閘極、閘絕緣層、通道層、汲極、源極、圍壁以及閘線連接墊之一外緣。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。

在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節的情況下實踐本發明的實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。

第1圖繪示本發明一實施方式之製造主動陣列基板的方法100的流程圖，第2、3、4、5、6 A和7圖繪示方法100中各製程階段的剖面示意圖。在此揭露的方法所製造的主動陣列基板可應用在各種顯示器中，例如薄膜電晶體液晶顯示器、電子紙顯示裝置、有機發光二極體顯示器等。

在步驟110中，依序毯覆式地形成透明導電層210以及第一金屬層220覆蓋於基材202上，如第2圖所示。任何習知的材料及製程方式都可應用在步驟110中。舉例而言，透明導電層210材料可例如為氧化銦錫(ITO)等透明的導電材料，或者可為諸如鋁、銀等具有高反射率的材料。第一金屬層220材料可例如為鉬(Mo)、鉻(Cr)、鋁(Al)、釹(Nd)、鈦(Ti)或上述的組合或上述的合金。基材202可例如為玻璃或高分子材料所製成。

在步驟120中，形成第一圖案化光阻層230於第一金屬層220上，如第2圖所示。第一圖案化光阻層230包含第一區域R1以及第二區域R2。而且第一區域R1的第一圖案化光阻層230的厚度H1小於第二區域的第一圖案化光阻層的厚度H2。在一實施例中，可利用半色調(half-tone)光罩及曝光來形成第一圖案化光阻層230的第一區域R1以及第二區域R2。明確而言，第一區域R1為半色調部分。

在一實施方式中，第一圖案化光阻層230包含第一部分232以及第二部分234，且第二部分234具有厚部234a以及薄部234b。厚部234a的厚度H2大於薄部234b的厚度H1。第一部分232用以在後續步驟中形成資料線連接墊(下文步驟130中將更詳細描述)。第二部分234用以在後續步驟中形成源極、汲極以及畫素電極(下文步驟130和140中將更詳細描述)。

上述第一部分232以及第二部分234的厚部234a位於第二區域R2中，亦即第一部分232和厚部234a的厚度大致為H2。第二部分234的薄部234b位於第一區域R1中，亦即薄部234b的厚度為H1。

在一實施例中，藉由塗佈、乾燥、半色調曝光、顯影製程以及後烘烤(post-back)製程，而形成第一圖案化光阻層230。後烘烤(post-back)可在溫度為約100℃至150℃的環境中進行，以將顯影製程後所形成光阻圖案乾燥及/或硬化，而形成第一圖案化光阻層230。

在步驟130中，移除露出部分之第一金屬層220及其下方的透明導電層210，以形成第一圖案化金屬層220P及圖案化透明導電層210P，如第3圖所示。

在一實施方式中，可利用第一圖案化光阻層230為遮罩，以蝕刻方式移除暴露出的第一金屬層220及其下方的透明導電層210，且一併移除第一區域R1的第一圖案化光阻層230。例如可使用乾式蝕刻、濕式蝕刻或乾式蝕刻與濕式蝕刻合併使用來移除露出的第一金屬層220及其下方的透明導電層210。在蝕刻過程中，蝕刻劑會侵蝕或溶解部分的第一圖案化光阻層230，而使其厚度減少。因此，較薄之第一區域R1的第一圖案化光阻層230將會被移除，而可使第一圖案化金屬層220P的一部分220a露出。

在一實施方式中，如第3圖所示，進行步驟130的圖案化步驟，可在第一部分232下方形成一資料線連接墊226。此外，可一併移除第二部分234的薄部234b，而露出第一圖案化金屬層220P的一部分220a。

在步驟140中，移除第一圖案化金屬層220P的露出部分220a，以露出圖案化透明導電層210P的一部分210a，如第4圖所示。例如可使用濕式蝕刻方式來移除第一圖案化金屬層220P的露出部分220a。圖案化透明導電層210P的部分210a可作為畫素電極。在此步驟中，並形成剩餘部分220r的第一圖案化金屬層220P。在一實施方式中，剩餘部分220r的第一圖案化金屬層220P包含汲極222、源極224和資料線連接墊226。

在一實施方式中，如第4圖所示，在進行步驟140的移除步驟後，厚部234a下方的第一圖案化金屬層220P作為主動元件中的源極224及汲極222。

在步驟150中，移除剩餘的第一圖案化光阻層。具體而言，移除第二區域R2的第一圖案化光阻層230，如第4圖所示。例如可使用去光阻液來剝除殘留的第一圖案化光阻層230。

在一實施方式中，在步驟150中移除第一部分232及第二部分234的厚部234a，以露出源極224、汲極222，而形成如第4圖所示之中間結構。

在步驟160中，依序毯覆式地形成半導體層240、絕緣層250以及第二金屬層260覆蓋第一圖案化金屬層220P的剩餘部分220r及圖案化透明導電層210P的部分210a，如第5圖所示。簡言之，即是依序形成半導體層240、絕緣層250以及第二金屬層260覆蓋第4圖所示之中間結構。在一實施方式中，可先沈積半導體層240，接著沈積絕緣層250，然後再沈積第二金屬層260。因此，半導體層240覆蓋汲極222、源極224、資料線連接墊226以及圖案化透明導電層210P的部分210a。

任何習知的材料及製程方式都可應用在步驟160中。舉例而言，半導體層240可例如為非晶矽(a-Si)、多晶矽(poly-Si)、有機半導體(organic semiconductor)或諸如非晶銦鎵鋅氧化物(a-IGZO)、銦鋅氧化物(IZO)及非晶銦鋅錫氧化物(a-IZTO)等金屬氧化物半導體材料所製成。絕緣層250可例如為氧化矽、氮化矽或有機絕緣材料所製成。第二金屬層260的材料可與第一金屬層220的材料相同或不同。例如，第二金屬層260可包含以下至少一材料：鉬、鉻、鋁、釹及鈦。可以依照不同的材料種類選擇適合的製程方法來形成半導體層240、絕緣層250以及第二金屬層260。

在步驟170中，形成第二圖案化光阻層270於第二金屬層260上，如第5圖所示。第二圖案化光阻層270包含第三區域R3以及第四區域R4。而且第三區域R3之第二圖案化光阻層270的厚度H3小於該第四區域R4之第二圖案化光阻層270的厚度H4。第二圖案化光阻層270的材料及其形成方式可與第一圖案化光阻層230相同。

在一實施方式中，第二圖案化光阻層270包含第三部分272、第四部分274以及第五部分276。第三部分272位於資料線連接墊226的上方，且具有開口272a以及圍繞部272b。開口272a露出第二金屬層260的一部分。圍繞部272b環繞開口272a。第四部分274具有內側部274a以及周邊部274b。周邊部274b圍繞內側部274a，且內側部274a的厚度H3小於該周邊部274b的厚度H4。在本實施方式中，第二圖案化光阻層270還包含第五部分276。第五部分276大致位在汲極222和源極224的上方。第五部分276用以在後續步驟中形成主動元件的閘極、閘絕緣層及通道層(下文步驟180中將更詳細敘述)。

上述第三部分272的圍繞部272b、第四部分274的周邊部274b以及第五部分276位於上述第四區域R4中，亦即圍繞部272b、周邊部274b及第三部分272的厚度大致為H4。第四部分274的內側部274a位於第三區域R3中，亦即內側部274a的厚度為H3。

在一實施方式中，第二圖案化光阻層270可例如為包含壓克力樹脂、環氧樹脂或酚醛樹脂的光阻材料。例如，日本科莱恩公司(Clariant)所提供的型號-501的光阻。

在步驟180中，移除露出部分之第二金屬層260及其下方的絕緣層250和半導體層240，如第6A圖所示，而形成第二圖案化金屬層260P、圖案化絕緣層250P以及圖案化半導體層240P。

在一實施方式中，可利用第二圖案化光阻層270為遮罩，並以蝕刻方式移除暴露出的第二金屬層260及其下方的絕緣層250和半導體層240，且一併移除第三區域R3中的第二圖案化光阻層270。蝕刻方式可為乾式蝕刻、濕式蝕刻或乾式與濕式蝕刻合併使用。在一實施例中，先進行濕式蝕刻移除暴露出的第二金屬層260，接著再進行乾式蝕刻來移除下方的絕緣層250和半導體層240。因此，第二圖案化金屬層260P、圖案化絕緣層250P以及圖案化半導體層240P具有大致相同的輪廓，而形成一堆疊結構。此外，在蝕刻第二金屬層260、絕緣層250和半導體層240的過程中，蝕刻劑會侵蝕或溶解部分的第二圖案化光阻層270，而使其厚度減少。因此，第三區域R3的光阻層270將在蝕刻過程中將被移除。換言之，在到達蝕刻半導體層240的蝕刻終點時，蝕刻劑對第二圖案化光阻層270的侵蝕厚度為H3，因此將第三區域R3中的光阻層270移除，使位於第三區域R3中的第二金屬層260的部分260a露出。

在一實施方式中，如第6A圖所示，進行步驟180會在光阻層270的第三部分272下方形成圍壁280，並在光阻層270的第四部分274下方形成一閘線連接墊264，且在光阻層270的第五部分276下方形成閘極262、閘絕緣層252以及通道層242的堆疊結構。圍壁280圍繞資料線連接墊226，但資料線連接墊226的一部分是暴露出的。在進行上述圖案化過程時，將一併移除第四部分274的內側部274a，而露出閘線連接墊264的一部分260a。

第6B圖繪示本發明一實施方式在進行步驟180後的上視示意圖。主動陣列基板上具有主動區域A，諸如薄膜電晶體等主動元件位於主動區域A中。閘線連接墊264以及資料線連接墊226位於主動陣列基板的主動區域A的外圍，並分別用以連接至一閘極積體電路(gate IC)(未繪示)以及一資料積體電路(data IC)(未繪示)。在本實施方式中，進行步驟180時，可同時形成閘線266。換言之，閘線266、閘極262與閘線連接墊264是在同一道微影蝕刻製程中形成。在本實施方式中，第二圖案化光阻層270更包含一第六部分278，位於資料線228以及閘線266上方。因此，在資料線228上方覆蓋有一部分的圖案化半導體層240P、一部分的圖案化絕緣層250P以及一部分的第二圖案化金屬層260P。閘線266的下方存在一部分的圖案化絕緣層250P以及一部分的圖案化半導體層240P。

在步驟190中，加熱第四區域R4的第二圖案化光阻層270，使其流動而形成保護層290，如第7圖所示。保護層290覆蓋第二圖案化金屬層260P的側壁、圖案化絕緣層250P的側壁以及圖案化半導體層240P的側壁。

在一實施方式中，藉由加熱剩餘的第二圖案化光阻層270r，使其流動而覆蓋閘極262、閘絕緣層252、通道層242、汲極222、源極224、圍壁280以及閘線連接墊264的外緣，並因此形成保護層290覆蓋上述結構。但是，資料線連接墊226的一部分、閘線連接墊264的一部分以及圖案化透明導電層210P的一部分未被保護層290覆蓋。在一實施例中，將剩餘的第二圖案化光阻層270r置於溫度為約200℃至約400℃的環境中加熱，使其熔化流動。

由以上揭露的實施方式可知，根據本發明的實施方式，僅需二道光罩之微影蝕刻製程即可完成主動陣列基板200。第一道光罩之微影蝕刻製程可形成汲極222、源極224、資料線228及/或資料線連接墊226和圖案化透明導電層210P等元件。圖案化透明導電層210P的部分210a可作為畫素電極。第二道光罩之微影蝕刻製程可形成圖案化半導體層240P、圖案化絕緣層250P以及第二圖案化金屬層260P。具體而言，第二道光罩及其相關微影蝕刻製程可形成諸如閘極262、閘線266、閘絕緣層252、通道層242及/或閘線連接墊264等元件。因此，根據本發明所揭露的實施方式，具有極高的經濟效益，可大幅降低生產成本。

再者，閘線連接墊264以及資料線連接墊226的周圍被保護層290覆蓋，因此可以確保閘線連接墊264及資料線連接墊226的可靠度。此外，主動元件的閘極262、閘線266、閘絕緣層252、通道層242也被保護層290覆蓋，所以主動元件亦具有良好的可靠度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100．．．方法

110．．．步驟

120．．．步驟

130．．．步驟

140．．．步驟

150．．．步驟

160．．．步驟

170．．．步驟

180．．．步驟

190．．．步驟

200．．．主動陣列基板

202．．．基材

210．．．透明導電層

210a．．．透明導電層之部分

210P．．．圖案化透明導電層

220．．．第一金屬層

220a．．．第一圖案化金屬層之部分

220P．．．第一圖案化金屬層

220r．．．剩餘之第一圖案化金屬層

222．．．汲極

224．．．源極

226．．．資料線連接墊

228．．．資料線

230．．．第一圖案化光阻層

232．．．第一部分

234．．．第二部分

234a．．．厚部

234b．．．薄部

240．．．半導體層

240P．．．圖案化半導體層

242．．．通道層

250．．．絕緣層

250P．．．圖案化絕緣層

252．．．閘絕緣層

260．．．第二金屬層

260a．．．閘線連接墊之部分

260P．．．第二圖案化金屬層

262．．．閘極

264．．．閘線連接墊

266．．．閘線

270．．．第二圖案化光阻層

270r．．．剩餘之第二圖案化光阻層

272．．．第三部分

272a．．．開口

272b．．．圍繞部

274．．．第四部分

274a．．．內側部

274b．．．周邊部

276．．．第五部分

278．．．第六部分

280．．．圍壁

290．．．保護層

A．．．主動區域

H1、H2、H3、H4．．．厚度

R1．．．第一區域

R2．．．第二區域

R3．．．第三區域

R4．．．第四區域

為讓本發明的上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式的說明如下：

第1圖繪示本發明一實施方式的製造主動陣列基板的方法的流程圖。

第2、3、4、5、6A、7圖繪示本發明一實施方式的製造主動陣列基板的方法中各製程階段的剖面示意圖。

第6B圖繪示本發明一實施方式的上視示意圖。

100．．．方法

110、120、130、140、150、160、170、180、190．．．步驟

Claims

一種製造主動陣列基板之方法，包含：依序形成一透明導電層以及一第一金屬層覆蓋一基材；形成具有一半色調部分之一第一圖案化光阻層於該第一金屬層上；移除露出部分之該第一金屬層及其下方之該透明導電層，以形成一第一圖案化金屬層及一圖案化透明導電層，並移除該半色調部分，以露出該第一圖案化金屬層之一部分；移除該第一圖案化金屬層之露出部分，並移除剩餘的該第一圖案化光阻層，而形成一中間結構；依序形成一半導體層、一絕緣層以及一第二金屬層覆蓋該中間結構；形成一第二圖案化光阻層於該第二金屬層上；移除露出部分之該第二金屬層及其下方之該絕緣層和該半導體層，以形成一第二圖案化金屬層、一圖案化絕緣層以及一圖案化半導體層構成之一堆疊結構；以及加熱該第二圖案化光阻層，使其流動而形成一保護層覆蓋該堆疊結構。
如請求項1所述之方法，其中形成該第一圖案化光阻層之步驟包含形成一第一區域光阻以及一第二區域光阻，該半色調部分係為該第一區域光阻，且該第一區域光阻之一厚度小於該第二區域光阻之一厚度。
如請求項1所述之方法，其中形成該第二圖案化光阻層包含形成一第三區域光阻以及一第四區域光阻，且該第三區域光阻之一厚度小於該第四區域光阻之一厚度。
如請求項3所述之方法，更包含移除該第三區域光阻，且移除該第三區域光阻之步驟與移除露出部分之該第二金屬層及其下方之該絕緣層和該半導體層之步驟係在同一步驟中進行。
如請求項1所述之方法，其中該圖案化透明導電層的一部分未被該保護層覆蓋。
如請求項1所述之方法，其中該第二圖案化金屬層、該圖案化絕緣層以及該圖案化半導體層具有大致相同之一輪廓。
一種製造主動陣列基板之方法，包含：依序地形成一透明導電層以及一第一金屬層覆蓋一基材；形成一第一圖案化光阻層於該第一金屬層上，該第一圖案化光阻層包含一第一部分以及一第二部分，且該第二部分具有一厚部以及一薄部，該厚部之一厚度大於該薄部之一厚度；圖案化該第一金屬層及其下方之該透明導電層，以形成一第一圖案化金屬層及一圖案化透明導電層，且於該第一部分下方形成一資料線連接墊，並移除該第二部分之該薄部，以露出第一圖案化金屬層之一部分；移除該第一圖案化金屬層之露出部分，以露出圖案化透明導電層之一部分，且該厚部下方之第一圖案化金屬層作為一源極及一汲極，移除該第一部分及該第二部分之該厚部；依序形成一半導體層、一絕緣層以及一第二金屬層覆蓋該汲極、該源極、該資料線連接墊以及該露出部分之圖案化透明導電層；形成一第二圖案化光阻層於該第二金屬層上，該第二圖案化光阻層包含一第三部分、一第四部分以及一第五部分，該第三部分具有一開口露出該第二金屬層之一部分以及一圍繞部環繞該開口，該第四部分具有一內側部以及一周邊部圍繞該內側部，該內側部之一厚度小於該周邊部之一厚度；圖案化該第二金屬層及其下方之該絕緣層和該半導體層，以於該第三部分下方形成一圍壁圍繞該資料線連接墊，以及於該第四部分下方形成一閘線連接墊，並於該第五部分下方形成一閘極、一閘絕緣層以及一通道層連接該汲極和該源極，並移除該第四部分的該內側部，而露出該閘線連接墊之一部分；以及加熱剩餘之該第二圖案化光阻層，使其流動而形成一保護層覆蓋該閘極、該閘絕緣層、該通道層、該汲極、該源極、該圍壁以及該閘線連接墊之一外緣。
如請求項7所述之方法，其中圖案化該第一金屬層之步驟包含形成一資料線，且圖案化該第二金屬層之步驟包含形成一閘線。
如請求項8所述之方法，其中該第二圖案化光阻層更包含一第六部分位於該資料線以及該閘線上方。
如請求項7所述之方法，其中圖案化該第二金屬層及其下方之該絕緣層和該半導體層之步驟包含使該資料線連接墊之一部分暴露出。
如請求項7所述之方法，其中圖案化該第二金屬層及其下方之該絕緣層和該半導體層之步驟包含依序以一濕蝕刻製程蝕刻該第二金屬層以及以一乾蝕刻製程蝕刻該絕緣層和該半導體層。
如請求項7所述之方法，其中加熱該剩餘之圖案化光阻層的步驟包含將該剩餘之第二圖案化光阻層置於溫度為200℃至400℃的環境中。