太阳城集团

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阵列基板和其制造方法以及显示装置.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210050164.6

申请日:

2012.02.29

公开号:

CN102646717B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 29/786申请日:20120229|||公开
IPC分类号: H01L29/786; H01L21/77 主分类号: H01L29/786
申请人: 京东方科技集团股份有限公司
发明人: 牛菁; 刘圣烈
地址: 100015 北京市朝阳区酒仙桥路10号
优先权:
专利代理机构: 北京路浩知识产权代理有限公司 11002 代理人: 王莹
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210050164.6

授权太阳城集团号:

太阳城集团102646717B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.21|||2012.10.10|||2012.08.22

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及显示技术领域,提供了一种阵列基板和其制造方法以及显示装置。该阵列基板包括:在基板的一面上依次设置的有源层、第一绝缘层、栅极、栅极绝缘层、像素电极和源漏极;其中,所述第一绝缘层仅仅设置在所述有源层的图案上,所述像素电极与漏极直接电连接。本发明中通过采用半曝光工艺,使得有源层、第一绝缘层以及栅极仅通过一次构图工艺处理制得,而像素电极和栅绝缘层的过孔设置也通过一次构图工艺处理制得,最终整个阵列基板通过3-mask完成,简化了生产工艺。同时采用该工艺可以使漏极与像素电极直接电连接,避免了保护层多个过孔的设置,节约了生产成本并提高了产品良率。

权利要求书

1.一种阵列基板,其特征在于,所述阵列基板包括:
在基板的一面上依次设置的有源层、第一绝缘层、栅极、栅极绝
缘层、像素电极和源漏极;其中,所述第一绝缘层仅仅设置在所述有
源层的图案上,所述像素电极与漏极直接电连接。
2.根据权利要求1所述的阵列基板,其特征在于,所述有源层为
透明氧化物半导体膜。
3.根据权利要求2所述的阵列基板,其特征在于,所述透明氧化
物为铟镓锌氧化物。
4.根据权利要求1所述的阵列基板,其特征在于,所述源漏极通
过所述栅极绝缘层和所述第一绝缘层中的过孔与所述有源层电连接。
5.一种阵列基板的制造方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
在基板上依次形成有源层、第一绝缘层和栅极层;进行第一次构
图工艺处理,得到包括有源层、第一绝缘层以及栅极的图案;
在经上述处理后的基板上依次形成栅极绝缘层和像素电极层,进
行第二次构图工艺处理,得到像素电极和过孔的图案;
形成源漏极层,进行第三次构图工艺处理,得到源漏极图案。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,第一次及第二次构
图工艺处理时,采用半透膜或灰度掩膜进行构图。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,第一次构图工艺处
理时,在对涂布的光刻胶进行曝光显影后,进行栅极层的第一次刻蚀、
第一绝缘层的刻蚀和有源层的刻蚀形成有源层和第一绝缘层的图案;
随后灰化光刻胶,进行栅极层的第二次刻蚀形成包括栅极的图
案。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,第二次构图工艺处
理时,在对涂布的光刻胶进行曝光显影后,进行像素电极层的第一次
刻蚀和栅极绝缘层的刻蚀,得到栅极绝缘层中的过孔;
随后灰化光刻胶,进行像素电极层的第二次刻蚀和第一绝缘层的
刻蚀,得到像素电极的图案和第一绝缘层中的过孔。
9.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,形成所述栅极绝缘
层和所述第一绝缘层的方法均为采用等离子化学气相沉积法沉积氧
化硅,所使用的反应气体中包括硅烷,并且形成所述栅极绝缘层时所
使用的硅烷的流量大于形成所述第一绝缘层时所使用的硅烷流量。
10.一种显示装置,其特征在于,所述显示装置包括如权利要求
1-4中任一项所述的阵列基板。

说明书

阵列基板和其制造方法以及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域,特别涉及一种阵列基板和其制造方法
以及显示装置。

背景技术

在液晶显示领域中,薄膜晶体管的有源层一直使用稳定性、加工
性等性能均表现优异的硅系材料,硅系材料主要分为非晶硅和多晶
硅,其中非晶硅材料迁移率很低,而多晶硅材料虽然有较高的迁移率,
但用其制造的器件均匀性较差、良率低、单价高。所以近年来,将透
明氧化物半导体膜用于沟道形成区块来制造薄膜晶体管(TFT,Thin 
Film Transistor)等器件的半导体有源物,并应用于电子器件及光器件
的技术受到广泛关注。其中,利用以铟、镓、锌、氧为构成元素的非
晶质In-Ga-Zn-O系材料(a-IGZO)的场效应型晶体管因其具有较高迁
移率,较大开关比,而得到了最多的关注。

现有氧化物TFT技术其顶栅结构截面如图1所示。基板101上首先
沉积氧化物层102,栅极104位于氧化物层上且与氧化物层间由第一绝
缘层103隔开,第一绝缘层103覆盖整个基板表面。源漏电极106均由
电阻较小的金属材料组成,直接设置在栅绝缘层(GI,Gate Insulation)
105上并通过栅绝缘层中的过孔与氧化物层连接。像素电极108设置在
保护层(PVX,又称钝化层)107上,且保护层上开有过孔,使像素
电极与漏极金属(包括数据线)相连。

由于现有技术中像素电极与数据线间隔保护层设置,为保证两者
的连接,需在保护层上设置多个过孔,工艺难度大。若采用先沉积像
素电极的导电膜,如ITO(Indium Tin Oxides,氧化铟锡)等,然后
在其上直接沉积源漏金属层令两者直接连接,该方式可以省略在保护
层上设置多个过孔的工艺,但对ITO湿刻时使用的刻蚀液会对有源层
IGZO产生不良影响。

此外,现有的氧化物TFT阵列基板的制造工艺需进行6次掩膜
(mask)曝光,分别为形成氧化物层(IGZO)、栅极(Gate)、栅极
绝缘层(GI)和第一绝缘层的过孔设置、数据线和源漏极(S/D)、钝
化层(PVX)、以及透明像素电极(ITO)的过程。多次的构图工艺处
理加大了工艺的难度,容易出现由于对位精度不足引起的不良,产品
良率下降。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点,本发明为了解决现有技术中阵列基板工艺
复杂、性能不佳的问题,提供了一种阵列基板和其制造方法以及显示
装置。

(二)技术方案

为此解决上述技术问题,本发明具体采用如下方案进行:

首先,本发明提供一种阵列基板,所述阵列基板包括:在基板的
一面上依次设置的有源层、第一绝缘层、栅极、栅极绝缘层、像素电
极和源漏极;其中,所述第一绝缘层仅仅设置在所述有源层的图案上,
所述像素电极与漏极直接电连接。

优选地,所述有源层为透明氧化物半导体膜。

优选地,所述透明氧化物为铟镓锌氧化物。

优选地,所述源漏极通过所述栅极绝缘层和所述第一绝缘层中的
过孔与所述有源层电连接。

另一方面,本发明还同时提供一种阵列基板的制造方法,所述方
法包括步骤:在基板上依次形成有源层、第一绝缘层和栅极层;进行
第一次构图工艺处理,得到有源层、第一绝缘层以及栅极的图案;在
经上述处理后的基板上依次形成栅极绝缘层和像素电极层,进行第二
次构图工艺处理,得到像素电极和过孔的图案;形成源漏极层,进行
第三次构图工艺处理,得到源漏极图案。

优选地,第一次及第二次构图工艺处理时,采用半透膜或灰度掩
膜进行构图。

优选地,第一次构图工艺处理时,在对光刻胶进行曝光显影后,
进行栅极层的第一次刻蚀、第一绝缘层的刻蚀和有源层的刻蚀形成有
源层和第一绝缘层的图案;随后灰化光刻胶,进行栅极层的第二次刻
蚀形成栅极的图案。

优选地,第二次构图工艺处理时,在对光刻胶进行曝光显影后,
进行像素电极层的第一次刻蚀和栅极绝缘层的刻蚀,得到栅极绝缘层
中的过孔;随后灰化光刻胶,进行像素电极层的第二次刻蚀和第一绝
缘层的刻蚀,得到像素电极的图案和第一绝缘层中的过孔。

优选地,形成所述栅极绝缘层和所述第一绝缘层的方法均为采用
等离子化学气相沉积法沉积氧化硅,所使用的反应气体中包括硅烷,
并且形成所述栅极绝缘层时所使用的硅烷的流量大于形成所述第一
绝缘层时所使用的硅烷流量。

更进一步地,本发明还同时提供一种显示装置,所述显示装置包
括如上所述的阵列基板。

(三)有益效果

本发明提供了一种新的氧化物TFT阵列基板顶栅结构及其制造
方法。本发明中通过采用半曝光工艺,使得氧化物层、第一绝缘层以
及栅极仅通过一次构图工艺处理制得,而像素电极和栅绝缘层的过孔
设置也通过一次构图工艺处理制得,最终整个阵列基板通过3-mask
完成,简化了生产工艺。同时采用该工艺可以使漏极与像素电极直接
电连接,避免了保护层多个过孔的设置,节约了生产成本并提高了产
品良率。

附图说明

图1为现有技术中顶栅结构的阵列基板的截面结构示意图;

图2为本发明的实施例中顶栅结构的阵列基板的截面结构示意
图;

图3-图11为本发明的实施例中顶栅结构的阵列基板的制造过程
中的各中间状态的截面结构示意图;

其中,101、201:基板;102、202:有源层图案;202a:有源层;
103、203a:第一绝缘层;203:第一绝缘层图案;104、204:栅极;
204a、204b:制备过程中的栅极层;105、205:栅极绝缘层;106:
源漏极层;206-1:源极;206-2:漏极;107:保护层;108、208:像
素电极;208a:像素电极层;PR:光刻胶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方
案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分
实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,
都属于本发明保护的范围。

本发明中的构图工艺,指光刻工艺,包括涂胶、曝光、显影、刻
蚀等工艺过程。因涂胶(涂布光刻胶)等工艺为本领域的常规技术手
段,本发明在描述具体构图工艺处理过程时,并不对涂布光刻胶等过
程进行具体描述,本领域的技术人员可以理解,未描述相关过程,并
不意味着本发明各实施例不存在或省略了相关步骤。

本技术采用像素电极与栅极绝缘层一次构图工艺处理制备的工
艺,使像素电极与漏极直接接触,避免在保护层上设置多个过孔。同
时采用半曝光工艺,使有源层、第一绝缘层以及栅极结构通过一次构
图工艺处理制备完成。本发明的技术方案使得整个阵列基板的制备工
艺由原来的6-mask减为3-mask,降低了工艺的复杂度,减少了由于对
位不准引起的产品不良。

参照附图2,对本发明的实施例中阵列基板的结构进行说明。图2
为本发明的实施例中阵列基板上薄膜晶体管局部剖面图,由该截面图
可知,本发明的阵列基板中,TFT为顶栅结构,在基板201的一面上
(图2中自下而上),依次形成有源层图案202、第一绝缘层图案203、
栅极204,之上是栅极绝缘(GI)层205、像素电极208和源漏极(包
括源极206-1和漏极206-2)。其中,基板201可以为透明基板或者不透
明基板;在阵列基板用于制造液晶显示面板时,需要为透明基板,在
用于制造OLED面板时,可以使用不透明基板。区别于现有技术,本
发明实施例中第一绝缘层并未覆盖全部基板,仅仅形成在有源层图案
202上,同时像素电极208与漏极206-2直接电连接。本发明实施例的
有源层优选为氧化物半导体,比如IGZO。上述结构不需要在阵列基
板上设置保护层PVX,在进行Cell工艺(阵列基板与彩膜基板间形成
液晶盒的工艺)时直接涂液晶取向层的PI液(PI液是用来制作液晶取
向层的化学液体,印刷在导电玻璃上经过烘烤后成为取向层,可以给
液晶分子提供一个预倾角,使得液晶分子的旋转方向一致性更好),
进行后续工段即可。

以下进一步结合图3-图11介绍上述阵列基板结构的制造工艺。

首先参见图3,透明基板201上依次形成(比如沉积)有源层202a
的薄膜(比如氧化物IGZO薄膜,此处以IGZO为例进行说明)、第一
绝缘层203a的薄膜和栅极层204a的金属,涂覆光刻胶PR后(图3),对
其进行半曝光,可采用半透膜Half Tone或者灰度掩膜Gray Tone技术,
显影后进行栅极层的湿刻、第一绝缘层薄膜的干刻、有源层的干刻,
其形成的截面结构如图4所示(基板201上形成刻蚀后的有源层图案
202、第一绝缘层图案203和栅极层204b,以及半刻蚀的光刻胶PR)。
随后灰化光刻胶PR(即刻蚀掉一定厚度的光刻胶),暴露出部分栅极
层204b(图5),然后进行第二次栅极层湿刻形成包括栅极的图案。进
一步地,可以将公共电极线设置在栅极的同一层,在形成包括栅极的
图案的同时形成公共电极线。上述过程为本发明制造方法中的第一次
构图工艺处理,通过该过程得到了有源层202、第一绝缘层203以及栅
极204的图案,截面图见图6。其中,第一绝缘层材料可使用氧化硅;
栅极层的材料可以为钼(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、铝(Al)、铝钕
(AlNd)或其组合(即两种以上上述金属的合金)。

随后,在经上述处理后的基板上依次形成(比如沉积)栅极绝缘
层205、像素电极层208a的透明导电膜(其可以为ITO、IZO等任何适
于做像素电极的材料,此处以ITO为例进行说明)以及光刻胶PR(图
7),然后进行第二次构图工艺处理工艺。本次构图工艺处理仍采用半
曝光技术,曝光后进行第一次ITO湿刻后的截面图为图8。然后进行栅
极绝缘层的干刻,本次干刻相对于现有技术的区别在于对过孔的刻蚀
仅停留在栅极绝缘层,并不将第一绝缘层同时刻蚀掉。由于ITO刻蚀
液中的水会影响IGZO的性能,同时ITO刻蚀液对IGZO的刻蚀速率也
很高,若ITO刻蚀液接触到有源层的IGZO会严重影响IGZO的性能和
图案。为避免后续的ITO刻蚀工艺引起产品不良,必须保证IGZO不暴
露在刻蚀液中,因而通过有源层之上的第一绝缘层对有源层的IGZO
形成保护。上述过程完成后的截面图为图9。

栅极绝缘层干刻完成后,进行光刻胶PR的灰化和ITO的第二次湿
刻,得到图10的结构。随后再对第一绝缘层203进行干刻,使得过孔
位置处的IGZO暴露出来;第一绝缘层干刻的同时,暴露在外的栅极
绝缘层也同时会被刻掉一部分,因而最终未被ITO覆盖栅极绝缘层的
厚度略低于ITO覆盖区域下的栅极绝缘厚度,结构如图11所示。本发
明实施例中,第一绝缘层和栅极绝缘层可以均采用氧化硅材料,制备
方法可以利用等离子化学气相沉积(PECVD)技术进行沉积,比如
在一定压力、较高温度的条件下,由气体SiH4和N2O按一定比例共同
沉积而成。为使被刻蚀掉的栅极绝缘层厚度较小,即被ITO覆盖区域
和未被ITO覆盖区域的栅极绝缘层高度差较小,从而达到不影响产品
性能的目的,在沉积栅极绝缘层时,使用的SiH4(硅烷)的流量大于
第一绝缘层沉积时SiH4流量,使得成膜后栅极绝缘层膜的刻蚀速率低
于第一绝缘层的刻蚀速率。

然后溅射源漏极层的金属,通过第三次沟通工艺后,得到源漏极
图案,最后得到图2的结构。其中,源漏极层的的材料也可以为钼
(Mo)、钛(Ti)、铬(Cr)、铝(Al)、铝钕(AlNd)或其组合(即
两种以上上述金属的合金)。

至此,氧化物TFT阵列基板制备完成,全部工艺共经历了三次构
图工艺处理,相较于原有技术中的六次,大大缩减了工艺段,降低了
难度,简化了生产过程。

本发明更进一步地提供一种显示装置,包括如上所述的阵列基
板。所述显示装置可以为:液晶面板、电子纸、OLED面板、液晶电
视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的
产品或部件。

本发明提供了一种新的氧化物TFT阵列基板顶栅结构及其制造
方法。本发明中通过采用半曝光工艺,使得氧化物层、第一绝缘层以
及栅极仅通过一次构图工艺处理制得,而像素电极和栅绝缘层的过孔
设置也通过一次构图工艺处理制得,最终整个阵列基板通过3-mask
完成,简化了生产工艺。同时采用该工艺可以使漏极与像素电极直接
电连接,避免了保护层多个过孔的设置,节约了生产成本并提高了产
品良率。

以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关
技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,
还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明
的范畴,本发明的实际保护范围应由权利要求限定。

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阵列 制造 方法 以及 显示装置
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